Система геоэкологического мониторинга нефтехранилищ автозаправочных станций

УДК 624.131.1:725.3

А.А. Шименкова, А.Д. Потапов

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

СИСТЕМА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НЕФТЕХРАНИЛИЩ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ

В связи с большим ростом количества автозаправочных станций и негативным их влиянием на окружающую среду необходимо уделить особое внимание созданию систем комплексной оценки геоэкологического состояния окружающей среды, а также моделированию и прогнозированию развития различных негативных ситуации. С применением геоинформационных систем можно смоделировать воздействие и движение загрязнения от единичных и пространственных очагов в атмосфере, гидросфере, на местности. Благодаря этому мы имеем возможность в кратчайшие сроки оценить влияние и дальнейшие негативные последствия, ставшие результатом экстремальных ситуаций связанных, например, с разливом нефти и других вредных веществ, или постоянного влияния загрязнителей.

Ключевые слова: геоинформационные системы, геоэкологический мониторинг, автозаправочные станции, нефтехранилища, загрязнения, моделирование, экологическая безопасность.

На современном этапе развития больших городов представляется крайне важным следить за окружающей средой в связи с тем, что стираются грани между зонами городов и рядом с промышленными объектами, на данном этапе представления о путях развития больших городов, допустимо строительство жилых зданий. Поэтому особое внимание необходимо уделить особо опасным производствам, которые могут нанести тяжелый урон среде жизнедеятельности человека. В данном случае к таким производствам можно отнести автозаправочные комплексы с их нефтехранилищами.

В связи со стремительным ростом автомобильного парка за последние 20 лет в Москве во много раз увеличилось потребление топлива. Так в 1992 г. в Москве функционировало порядка 200 автозаправочных станций (АЗС), в 1998 г. — около 600, к 2003 г. их количество возросло до 750, в наше время насчитывается порядка 1000 действующих АЗС, и это только на территории г. Москвы. Если брать по всей России, то число АЗС будет исчисляться десятками или сотнями тысяч.

В современной жизни одним из значительных источников техногенного влияния на окружающую среду являются АЗС и многофункциональные автозаправочные комплексы (МАЗК). Эта проблема является актуальной научно-практической задачей.

Из анализа литературных и фондовых источников следует вывод, что, несмотря на актуальность проблемы, исследований по теме техногенного загрязнения геологической среды АЗС очень мало [1—4]. После научной работы А.Ю. Беляева не было серьезных работ, связанных с геоэкологическим обоснованием строительства и эксплуатации автозаправочных комплексов.

Еще на конференции «Экологическая и пожарная безопасность АЗС» в Москве (1998 г.) было отмечено, что за рубежом существует определенная на-

212

© Шименкова А.А., Потапов А.Д., 2014

учная база, но зачастую она относится к определенным актуальным проблемам техногенного влияния АЗС на окружающую среду, таким как уменьшение выбросов паров нефтепродуктов в атмосферу при использовании систем «заколь-цовки»; повышение герметичности оборудования автозаправочных станций и предотвращение утечек топлива, а также проникновение нефтепродуктов в грунт при разгерметизации оборудования, авариях и т.д. [1, 2, 5—7].

В [8] раскрыта тема потенциальной возможности загрязнения геологической среды и подземных вод на территории расположения объектов нефтепро-дуктообеспечения сточными водами поверхностного стока.

Проникновение нефтепродуктов в грунт и подземные воды возможно за счет инфильтрации вод загрязненного поверхностного стока через газоны, не-замощенные поверхности, трещины в асфальтовых покрытиях проездов и автостоянок, находящиеся на территории или в непосредственной близости АЗС и МАЗК. А также утечки загрязненного поверхностного стока могут происходить через негерметичные стыки и соединения очистных сооружений, конструкции дождеприемных колодцев, коммуникации ливневой канализации и т.д. [9—11].

А.Ю. Беляев разработал методику геоэкологического и гидрогеологического мониторинга в районе АЗС, которая включает в себя блок принятия решений, а также мероприятия по защите геологической среды и грунтовых вод от загрязнения водами поверхностного стока [3, 4].

В [12] рассмотрена дополнительная экологическая нагрузка на атмосферу г. Иркутска и Иркутской области, которая создается системой нефтепродукто-обеспечения, влияние нефтепродуктов автозаправочных станций и комплексов на загрязнение атмосферы.

Из всего вышесказанного следует, что проблема загрязнения нефтепродуктами геологической среды до сих пор актуальна и окончательно не решена.

В наши дни почти не ведется исследований в сфере усовершенствования систем мониторинга в строительстве нефтехранилищ АЗС, как и не ведутся работы по замене устаревших конструкций нефтехранилищ на новые. Также нет работ, связанных с оптимизацией расположения самого нефтехранилища на АЗС. Как и много десятилетий назад, нефтехранилища располагают там, куда удобнее подъехать топливозаправщику. В связи с этим не предусмотрено расположение нефтехранилища с геоэкологической точки зрения. Необходим самый серьезный мониторинг на стадии проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации АЗС, который может дать только совместное применение современных знаний в геоэкологии и геоинформационных системах (ГИС).

В связи с этим особое внимание необходимо уделить созданию систем комплексной оценки геоэкологического состояния окружающей среды, а также моделированию и прогнозированию развития различных негативных ситуации. В современном мире создание таких систем невозможно без использования современных компьютерных инструментов. Одним из таких важнейших инструментов являются ГИС-технологии.

Оценка состояния сложной геологической среды подразумевает всесторонний анализ воздействия различных факторов. Многообразие характери-

стик объекта, разнотипность доступной информации затрудняют получение комплексных оценок, что повышает актуальность задачи обеспечения метрологической сопоставимости разнородных данных.

С применением ГИС можно смоделировать воздействие и движение загрязнения от единичных и пространственных очагов в атмосфере, гидросфере, на местности. Результаты модельных расчетов можно наложить на различные карты, например, карты растительности или карты жилых массивов в данном районе. Благодаря этому мы имеем возможность в кратчайшие сроки оценить влияние и дальнейшие негативные последствия, ставшие результатом экстремальных ситуаций связанных, например, с разливом нефти и других вредных веществ, или постоянного влияния загрязнителей [13].

Общая база природных объектов и источников загрязнения позволяет иллюстрировать распространение вредных веществ в воздушной и водной средах для исследования сложившейся обстановки и создания рекомендаций по ликвидации последствий кризисных ситуаций и рациональному природопользованию. Модели распространения загрязняющих веществ в воде и в воздухе учитывают технологические характеристики предприятий (экологический паспорт), географическое местоположение, метеорологические условия [13, 14].

Для водотоков применяется модель конвективно-диффузионного переноса загрязняющих веществ. В данном случае моделируется распространение загрязняющих веществ от группы водовыпусков в пределах одного участка или водного бассейна с учетом их специфики. Производятся расчеты предельно допустимых сбросов сточных вод в водные объекты. Также результатом работы модели является поле концентраций, которое импортируется в ГИС.

Так, в Томском научном центре СО РАН разработана и используются ГИС для компьютерного выбора экологически оптимальных природоохранных технологий на базе анализа состояния окружающей среды. Разработанная ГИС включает следующие компоненты [13]:

база данных об экологическом состоянии;

база данных о природоохранных технологиях;

комплекс программных средств анализа состояния территории и выбора природоохранных технологий.

Комплексный анализ состояния экологической среды и выбор по результатам данного анализа мероприятий по ее охране нацелен на восстановление нормативного качества окружающей среды.

Программный комплекс анализа состояния экологической среды выявляет территориальные зоны загрязнения и прогнозирует дальнейшую динамику их развития на базе анализа проектов экономического развития предприятий. Данные результаты областей загрязненного воздуха наглядно представляются на компьютерных картах с применением ГИС-технологий (рис. 1).

Существующие инструменты ГИС-технологий дают возможность достичь нормативного качества экологической среды в зоне действия нефтегазового комплекса при помощи иллюстрации изменений ее состояния благодаря использованию современных технологий по охране природы, которые выбираются из базы данных ГИС. Таким образом, использование ГИС-технологий дает возможность выбирать наиболее подходящие экологически и экономи-

чески технологии охраны окружающей среды по результатам всестороннего анализа загрязнения воды, воздуха и почвы [15].

Рис. 1. Прогноз увеличения площади зоны загрязнения воздуха от сжигания попутного газа в факелах с ростом объемов добычи

На рис. 2 приведен результат компьютерного моделирования, который позволяет выбрать из базы данных ГИС наиболее подходящие технологии очистки сточных вод для улучшения качества речной воды на территории нефтяных месторождений [14].

Рис. 2. Исходное состояние загрязнения рек на территории нефтяных месторождений сбросами сточных вод

Перспективы обширного использования ГИС-технологий при решении комплексных проблем защиты экологической среды в разнообразных сферах связаны с развитием данного подхода к нормативности экологической среды на базе использования данных, полученных с использованием существующих технологий и мониторинга.

Из вышеизложенного следует, что решение вопросов, связанных с методикой создания системы геоэкологического мониторинга нефтехранилищ автозаправочных станций на основе геоинформационных технологий, представляет собой сложную задачу и требует одновременного учета многих факторов.

Необходимо разработать методику геоэкологического мониторинга нефтехранилищ АЗС и систему ее оптимизации с применением современных информационных систем. Целью такой работы является разработка методики создания и оптимизации системы геоэкологического мониторинга окружающей геологической и гидрогеологической среды нефтехранилищ АЗС с применением ГИС.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1) рассмотреть и определить эффективность имеющихся методик геоэкологического мониторинга нефтехранилищ АЗС;

2) рассмотреть современное состояние геоинформационных систем и их применение;

3) разработать проект ГИС для создания методики геоэкологического мониторинга;

4) рассмотреть вопросы, связанные с проектированием и строительством АЗС с учетом геологических особенностей рассматриваемой территории;

5) определить характер загрязнений хранилищами АЗС окружающей геологической и гидрогеологической среды;

6) разработать методику создания эффективной системы геоэкологического мониторинга нефтехранилищ АЗС с применением геоинформационных систем.

В результате полученной методикой можно будет пользоваться на любой АЗС, даже не имея специального образования. Простота работы предлагаемой методики будет способствовать скорейшему ее внедрению в систему АЗС.

Библиографический список

1. Граф М. Ла. Обзор основной проблемы взаимодействия топливного бизнеса и экологии в мире // Экологическая и пожарная безопасность современных АЗС : сб. докладов Междунар. науч.-практ. конф. М., 1998. С. 10—12.

2. Ламперт Ф. Выбросы паров бензина и решение этой проблемы в странах Европейского Союза // Экологическая и пожарная безопасность современных АЗС : сб. докладов Междунар. науч.-практ. конф. М., 1998. С. 35—39.

3. Беляев А.Ю. Оценка влияния автозаправочных станций (АЗС) на геологическую среду // Ломоносов-2000: молодежь и наука на рубеже XXI века : сб. Междунар. конф. : тезисы докладов. М., 2000. 178 с.

4. Беляев А.Ю., Кашперюк П.И. Исследования загрязнения поверхностного стока с территории АЗС (на примере многофункциональных автозаправочных комплексов «ВР» в г. Москве) // Академические чтения Н.А. Цытовича : сб. М., 2003. С. 190—194.

5. Dhanapal G. GIS-based environmental and ecological planning for sustainable development. January 2012. Режим доступа: http://www.geospatialworld.net. Дата обращения: 05.02.2014.

6. Antonio Miguel Martinez-Grana, Jose Luis Goy, Caridad Zazo. Cartographic-Environmental Analysis of the Landscape in Natural Protected Parks for His Management Using GIS. Application to the Natural Parks of the "Las Batuecas-Sierra de Francia" and "Quilamas" (Central System, Spain) // Journal of Geographic Information System. February 2013, vol. 5, no. 1, рр. 54—68.

7. Reshma Parveen, Uday Kumar. Integrated Approach of Universal Soil Loss Equation (USLE) and Geographical Information System (GIS) for Soil Loss Risk Assessment in Upper South Koel Basin, Jharkhand // Journal of Geographic Information System. December 2012, vol. 4, no. 6, рр. 588—596.

8. Техногенное загрязнение природных вод углеводородами и его экологические последствия / В.М. Гольдберг, В.П. Зверев, А.И. Арбузов, С.М. Казеннов, Ю.В. Ковалевский, В.С. Путилина М. : Наука, 2001. 125 с.

9. Добровольский С.А., Кашперюк П.И., Потапов А.Д. К оценке влияния автомобильных выбросов на загрязнение грунтов тяжелыми элементами в различных зонах полос городских автодорог // Вестник МГСУ 2010. № 1. С. 299—304.

10. Добровольский С.А. О загрязнении участков вдоль автомагистралей г. Москвы тяжелыми металлами // Инженерные изыскания. 2010. № 10. С. 52—56.

11. Добровольский С.А., Потапов А.Д., Кашперюк П.И. Некоторые подходы к построению модели загрязнения воздушной среды автотранспортными выбросами // Вестник МГСУ. 2010. № 4. С. 155—158.

12. Тимофеев С.С., Перминова Д.В. Оценка неучтенной экологической нагрузки системы нефтепродуктообеспечения на атмосферу города Иркутска и Иркутской области // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 3. Т. 50. С. 25—29.

13. Чернявская Т.А. Место геоинформационной системы в информационном пространстве нефтегазодобывающей компании // ArcReview. 2011. № 1(56). Режим доступа: http://www.dataplus.ru. Дата обращения: 01.02.14.

14. Алексеев В.В., Куракина Н.И., Орлова Н.В. Геоинформационная система мониторинга водных объектов и нормирования экологической нагрузки // ArcReview. 2006. № 1(36). Режим доступа: http://www.dataplus.ru. Дата обращения: 01.02.14.

15. Алексеев В.В., Куракина Н.И., Желтов Е.В. Система моделирования распространения загрязняющих веществ и оценки экологической ситуации на базе ГИС // Информационные технологии моделирования и управления. 2005. № 5(23). С. 765—769.

Поступила в редакцию в феврале 2014 г.

Об авторах: Шименкова Анастасия Анатольевна — аспирант кафедры инженерной геологии и геоэкологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ashimenkova@mail.ru;

Потапов Александр Дмитриевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и геоэкологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, adp1946@mail.ru.

Для цитирования: ШименковаА.А., ПотаповА.Д. Система геоэкологического мониторинга нефтехранилищ автозаправочных станций // Вестник МГСУ 2014. № 3. С. 212—219.

A.A. Shimenkova, A.D. Potapov

GEO-ENVIROMENTAL MONITORING SYSTEM OF THE OIL STORAGES ON PETROL STATIONS

In large cities, fuel consumption is growing rapidly, and therefore the number of filling stations. And they are a source of anthropogenic impact on the environment and represent current scientific and practical task, because recently no research was conducted into the optimization of monitoring systems in the construction of gas station storage tanks, and no activity on replacing the obsolete design with new storage tanks. In this regard, much attention should be paid to the creation of geo-environmental systems integrated assessment of the environment, as well as modeling and forecasting various

negative situations. In the modern world, the creation of such systems is possible with the help of modern computer tools such as geographic information systems.

Assessment of complex geological environment involves a comprehensive analysis of the impact of various factors. With the use of Geoinformational systems (GIS) we can simulate the effect and spread of contamination from point and non-point (spatial) sources on the ground, in the atmosphere and hydrosphere. As a result, it is possible to quickly assess the immediate and future consequences of such extreme situations, such as oil spills and other harmful substances, and the impact of permanent point and area pollution.

Application of GIS technology allows choosing environmentally friendly and cost-effective environmental technologies based on a comprehensive analysis of water, air and soil. Single base of natural objects and sources allows modeling harmful substances in the air and water in order to study the situation and make recommendations in the aftermath of crisis situations and Environmental Management.

Prospects for extensive application of GIS technology are to solve complex problems of protecting the ecological environment in various industries associated with the development of the proposed approach to improve the ecological state of the territory on the basis of the information derived from the use of modern technology and monitoring.

There is a need to develop a methodology for geo-environmental monitoring system and its optimization for the oil storage of filling stations (gas stations) with the use of modern information systems. As a result, the final procedure can be applied at any gas station by any worker, even without special education. Simplicity of the proposed methodology will facilitate the speedy implementation of it on gas stations.

Key words: Geoinformational systems, GIS, geo-enviromental monitoring, gas stations, storage tanks, pollution, modeling, environmental safety.

References

1. Graf M. La. Obzor osnovnoy problemy vzaimodeystviya toplivnogo biznesa i ekolo-gii v mire [Overview of the Main Problem of Interaction of the Fuel Business and Ecology in the World] Sbornik dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Eko-logicheskaya i pozharnaya bezopasnost' sovremennykh AZS» [Collection of the International Scientific-Practical Conference "Environmental and Fire Safety of Modern Gas Stations"]. Moscow, 1998, рр. 10—12.

2. Lampert F. Vybrosy parov benzina i reshenie etoy problemy v stranakh Evropeyskogo Soyuza [Gasoline Vapor Emissions and Solution of this Problem in the Countries of the EU]. Sbornik dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konfe-rentsii «Ekologicheskaya i pozharnaya bezopasnost' sovremennykh AZS» [Collection of the International Scientific-Practical Conference "Environmental and Fire Safety of Modern Gas Stations"]. Moscow, 1998, рр. 35—39.

3. Belyaev A.Yu. Otsenka vliyaniya avtozapravochnykh stantsiy (AZS) na geo-logicheskuyu sredu [Assessment of the Impact of Gas Stations on the Geological Environment]. Sbornik Mezhdunarodnoy konferentsii «Lomonosov—2000: molodezh' i nauka na rubezhe XXI veka» [Collection of International Conference «Lomonosov—2000: Youth and Science of the 21st Century»]. Moscow, 2000, pp. 178.

4. Belyaev A. Yu., Kashperyuk P.I. Issledovaniya zagryazneniya poverkhnostnogo stoka s territorii AZS (na primere mnogofunktsional'nykh avtozapravochnykh kompleksov «BP» v g. MoskveJ [Investigation of Pollution of Surface Runoff Caused by a Filling Station (on the Example of Multifunctional Filling Stations «BP», Moscow)] Sbornik Akademicheskie chteniya N. A. Tsitovicha [Collection of Academic Readings N.A. Tsitovich]. Moscow, 2003, pp.190—194

5. Dhanapal G. GIS-based Environmental and Ecological Planning for Sustainable Development». January 2012. Available at: http://www.geospatialworld.net. Date of access: 05.02.14.

6. Antonio Miguel Martfnez-Grana, Jose Luis Goy, Caridad Zazo. Cartographic-Environmental Analysis of the Landscape in Natural Protected Parks for His Management Using GIS. Application to the Natural Parks of the "Las Batuecas-Sierra de Francia" and "Quilamas" (Central System, Spain). Journal of Geographic Information System. February 2013, vol. 5, no. 1, рp. 54—68. DOI: 10.4236/jgis.2013.51006.

7. Reshma Parveen, Uday Kumar. Integrated Approach of Universal Soil Loss Equation (USLE) and Geographical Information System (GIS) for Soil Loss Risk Assessment in Upper South Koel Basin, Jharkhand. Journal of Geographic Information System. December 2012, vol. 4, no. 6, pp. 588—596. DOI: 10.4236/jgis.2012.46061.

8. Gol'dberg V.M., Zverev V. P., Arbuzov A. I., Kazennov S. M., Kovalevskiy Yu. V., Pu-tilina V. Tekhnogennoe zagryaznenie prirodnykh vod uglevodorodami i ego ekologicheskie posledstviya [Anthropogenic Pollution of Natural Waters with Hydrocarbons, and its Environmental Consequences]. Moscow. Nauka Publ., 2001,125 p.

9. Dobrovol'skiy S.A., Kashperyuk P.I., Potapov A.D. K otsenke vliyaniya avtomobil'nykh vybrosov na zagryaznenie gruntov tyazhelymi elementami v razlichnykh zonakh polos goro-dskikh avtodorog [To the Question of Assessing the Impact of Automobile Emissions on the Pollution of Soils with Heavy Elements in Different Areas of Urban Roads] Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 1, pp. 299—304.

10. Dobrovol'skiy S.A. O zagryaznenii uchastkov vdol' avtomagistraley g. Moskvy ty-azhelymi metallami [On the Pollution of the Areas along the Highways of Moscow by Heavy Metals]. Inzhenernye izyskaniya [Engineering Research]. 2010, no. 10, pp. 52—56.

11. Dobrovol'skiy S.A., Potapov A.D., Kashperyuk P.I. Nekotorye podkhody k postroeniyu modeli zagryazneniya vozdushnoy sredy avtotransportnymi vybrosami [Some Approaches to Building a Model of Air Pollution by Road Transport Emissions]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 4, pp.155—158.

12. Timofeev S.S., Perminova D.V. Otsenka neuchtennoy ekologicheskoy nagruzki sistemy nefteproduktoobespecheniya na atmosferu goroda Irkutska i Irkutskoy oblasti [Assessment of unaccounted environmental load of the system of oil products supply to the atmosphere of the city of Irkutsk and the Irkutsk on public]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of the Irkutsk State Technical University]. 2011, no. 3, vol. 50, pp. 25—29.

13. Chernyavskaya T.A. Mesto geoinformatsionnoy sistemy v informatsionnom pros-transtve neftegazodobyvayushchey kompanii [Place of GIS in the Information Space of an Oil and Gas Company]. Zhurnal «ArcReview» [Journal "ArcReview"]. 2011, no. 1(56). Available at: http://www.dataplus.ru. Date of access: 01.02.14.

14. Alekseev V.V., Kurakina N.I., Orlova N.V., Geoinformatsionnaya sistema monitoringa vodnykh ob"ektov i normirovaniya ekologicheskoy nagruzki [The Geoinformational System of Water Objects Monitoring and the Normalization of the Ecological Load]. Zhurnal «ArcReview» [Journal "ArcReview"]. 2006, no. 1(36). Available at: http://www.dataplus.ru. Date of access: 01.02.14

15. Alekseev V.V., Kurakina N.I., Zheltov E.V. Sistema modelirovaniya rasprostraneniya zagryaznyayushchikh veshchestv i otsenki ekologicheskoy situatsii na baze GIS [System of Simulating the Spread of Pollutants and Estimation of the Ecological Situation on the Basis of GIS]. Informatsionnye tekhnologii modelirovaniya i upravleniya [Information Technologies of Modeling and Control]. Voronezh, 2005, no. 5(23), pp. 765—769.

About the authors: Potapov Aleksandr — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head, Department of Engineering Geology and Geoecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; adp1946@mail.ru;

Shimenkova Anastasiya — postgraduate student, Department of Engineering Geology and Geoecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ashimenkova@mail.ru.

For citation: Shimenkova A.A., Potapov A.D. Sistema geoekologichskogo monitoringa neftekhranilishch avtozapravochnykh stantsiy [Geo-environmental Monitoring System of the Oil Storages on Petrol Stations]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 3, pp. 212—219.