Оценка ресурсного потенциала водоэмульсионного слоя нефтешламонакопителей (стр. 7 )

В работе использованы снимки, полученные в ходе авиационной съемки выбранной территории специалистами ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс». Снимки сделаны с использованием гиперспектральной аппаратуры и характеризуются пространственным разрешением 2м/пиксель (рис.1.).

 

Рис. 1 Гиперспектральный снимок территории УКПН

 

На рис. 1 визуально трудно различить участки, загрязненные нефтью и нефтепродуктами, от других слабоотражающих объектов. Для идентификации на снимке загрязненных участков используются методы контролируемой и неконтролируемой классификаций, которые используют спектры отражения точки для отнесения её к определенному типу поверхности.

Неконтролируемая классификация проведена с использованием алгоритмов Iso-data и K-means. Алгоритмы показали сходные результаты. В качестве входных параметров задается: число выделяемых на снимке классов, число итераций, максимальное стандартное отклонение внутри класса; порог сходимости.

В результате классификации на снимке отчетливо выделены участки нефтешламонакопителей. Недостаток классификации заключается в том, что разные по своей природе объекты, такие как накопители и объекты с низкой отражательной способностью, например, вода, тени от построек, растительности визуально объединены в один класс. Поэтому без предварительной информации об объекте интерпретация снимка будет затруднена или невозможна. Этого недостатка позволяет избежать контролируемая классификация. Для её осуществления необходимо иметь спектральные характеристики объекта аналогичного выделяемым.

Контролируемая классификация (с обучением) проведена тремя методами: параллелепипедов, минимального расстояния и максимального правдоподобия. Результаты классификаций приведены на рис. 2-4.

Рис. 2 Классификация снимка методом минимального расстояния

 

Рис. 3 Классификация снимка методом параллелепипедов

 

Классификация с обучением не дала удовлетворительного результата, так как на снимках правильно идентифицировано менее 70% объектов[2]. При классификации методом минимального расстояния тени от объектов и нефтешламонакопители на основе спектральных свойств разделены на два класса (серый и чёрный, соответственно), однако на снимке идентифицированы не все нефтешламонакопители.

При классификации снимка методом параллелепипедов (рис.3) получены следующие результаты: серым цветом обозначены нефтешламонакопители, чёрным - тени от растительности и построек. Замечено, что часть нефтешламонакопителей ошибочно классифицирована как тени от различных объектов.

 

Рис. 4 Классификация снимка методом максимального правдоподобия

 

Метод максимального правдоподобия определяет все нефтешламонакопители, но при классификации также выделены объекты, не имеющие отношение к объектам размещения нефтесодержащих отходов. На рис. 4 чёрным и тёмно-серым цветами обозначены участки, загрязненные нефтепродуктами, светло-серым отмечены тени и другие слабоотражающие объекты. Некоторые нефтешламонакопители имеют не однородную окраску.

Для проведения данной работы использовалась демо-версия программного пакета ENVI 4.5 [3].

Таким образом, в работе доказана возможность использования гиперспектральных снимков для распознавания типа поверхности и идентификации нефтезагрязненных участков и определена потребность в разработке специализированного алгоритма идентификации нефтезагрязнений, возможно, на основе использованных алгоритмов классификаций с обучением.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1.              Промышленная экология: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / . - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 528с.

2.              Обработка и интерпретация данных дистанционного зондирования Земли: учебное пособие / .- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 148 с.

3.              Программный комплекс ENVI: [Электронный ресурс], 2014г. URL: http://envisoft.ru/demo.html

 

УДК 504.064.4

 

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ НЕФТЕПРОДУКТАМИ

 

 

СамГТУ, Самара, Россия,

[e-mail]

 

Почва – биологичеки активная среда, насыщенная большим количеством всевозможных микроорганизмов, бактерий, грибков.

Наиболее важная составная часть почвы – гумус, в состав которого входят высокомолекулярные органические кислоты, соли и другие вещества.

Другая важная составная часть почвы – почвенные коллоиды, представляющие собой совокупность мелких органических и минеральных частиц, обеспечивают ионообменную способность, кислотность и буферность почвы.

Загрязнение земель нефтью и пластовыми рассолами становится одной из крупнейших экологических проблем не только отдельных регионов России, но и страны в целом. В результате освоения и эксплуатации нефтяных месторождений, загрязнение земель технологическими и аварийными разливами охватывает значительные площади.

При незначительном загрязнении почва способна с течением времени восстанавливаться. Но абсолютное большинство аварийных разливов вызывают во многом необратимые повреждения природных комплексов. В настоящее время основными способами ликвидации нефтяных разливов на местностях являются их механический сбор, в ряде случаев с использованием сорбентов, с последующим выжиганием или захоронением остатков путем отсыпки песком или торфом.

Выжигание (особенно поверхности почвы) является наиболее опасной формой загрязнения окружающей среды, поскольку из-за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества. Они разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию онкологических заболеваний местного населения. Содержание 3,4 см3/м3 бенз(а)пирена в образцах почв через 5 лет после сжигания почти в 2 раза превышает его долю в идентичных образцах, не подвергнутых подобной обработке, при этом увеличивается токсичность почв и резко снижается их биологическая продуктивность.

Загрязнение почвы неизбежно сказывается на состоянии всей экосистемы в целом, на состоянии здоровья, равновесии в почвенном биоценозе: происходит вытеснение одним-двумя бурно произрастающими видами растительности остальных видов, ингибируется деятельность микроорганизмов.

Попадая на земную поверхность, нефть из анаэробной обстановки с очень замедленными темпами геохимических процессов переносится в кислородную среду, где помимо абиотических большую роль играют биохимические факторы. Сырая нефть, содержащая до 50% легких (с температурами кипения до 250 градусов) наиболее токсичных фракций, подвергается физико-химическому воздействию: испарению, вымыванию, ультрафиолетовому облучению и т. п., вследствие чего легкие и водорастворимые углеводороды, разлагаясь, мигрируют с места разлива. Нефть и большинство нефтепродуктов с водой не смешиваются, растворимость их относительно не велика. Например, для жидких парафинов и нафтеновых углеводородов она составляет 40 – 150 мг/л, что во много раз превышает ПДК. Растворимость ароматических углеводородов еще выше – до 500 мг/ л для толуола и 1800 мг/л для бензола.

Негативное воздействие нефтяного загрязнения на почвенный покров можно свести к следующему:

1)            Воздействие на физические свойства почвы: заполнение нефтью и нефтепродуктами почвенных пор, что обуславливает вытеснение воздуха и влаги, обволакивает пленками корни растений, придает гидрофобность почвенным агрегатам, изменяет структуру почвы и т.д.

2)            Воздействие на химические свойства почвы: изменяются реакции почвенной среды, содержание органического вещества, азота, серы, фосфора и многих других элементов, нарушаются свойства почвенно-поглощающего комплекса, резко падает содержание кислорода вследствие деструкции углеводородных компонентов нефти и нефтепродуктов. В случае воздействия сырой нефти огромное воздействие на химические свойства почвы оказывают растворимые соли (сульфаты, хлориды, карбонаты и др.), что по силе воздействия может даже превосходить влияние органических элементов, приводя к образованию безжизненных техногенных солончаков даже в гумидных ландшафтах.

3)            Токсическое воздействие на почвенную биоту и высшую растительность: содержащиеся в нефти и нефтепродуктах разнообразные токсичные вещества оказывают мощное воздействие на живые организмы, особенно в первый период воздействия, в течении которого улетучиваются наиболее токсичные низкомолекулярные углеводороды, вымываются токсичные ароматические и полициклические вещества, водорастворимые соли и др.

Почва самоочищается обычно очень медленно путем биологического разложения нефти.

Процесс загрязнения грунтовой среды при утечке нефти и нефтепродуктов (НФТ) на дневной поверхности можно разделить на три последовательных стадии. Первая, начальная, стадия характеризуется преимущественно образованием поверхностного ареала загрязнения и незначительная инфильтрация их в почву. На второй стадии происходит главным образом вертикальная инфильтрация НФТ. И, наконец, на третьей стадии происходит боковая миграция их в почвенном слое.

Границы и глубины проникновения нефтепродуктов в почву устанавливают с помощью шурфов, закладываемых вблизи источника утечки по контуру поверхностного ареала загрязнения.