РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГВИНЕЙСКОГО ЗАЛИВА - Студенческий научный форум

V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГВИНЕЙСКОГО ЗАЛИВА

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В настоящее время значительно увеличилось мировое нефтяное потребление. По данным международного энергетического агентства доля нефти в общем потреблении энергоресурсов составляет 43% (данные 2006 г.). Большая доля нефти в мировой энергетике и постоянный рост нефтяного потребления неизбежно ведет к увеличению производства, который подчиняется закону спроса и предложения. Добыча нефти сейчас и особенно в будущем все больше переходит на шельф, что неизбежно приводит к загрязнению морских водоемов. При этом нефтяное загрязнение моря происходит не только за счет производства, но и за счет транспортировки нефти и нефтепродуктов.

Гвинейский залив не является исключением, поскольку в этом регионе находятся две страны крупнейших производители и экспортеры нефти – Нигерия и Ангола, которые являются членами ОПЕК. Здесь также расположен Габон – бывшая страна ОПЕК и другие страны с высоким потенциалом добычи, такие как Экваториальная Гвинея, или перспективные – Кот-д'Ивуар и Гана.

Актуальностьтемы научного исследования не требует доказательство потому, что одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются нефтяные компании и правительства является мониторинг нефтяных загрязнений в акватории Гвинейского залива.

Цель работы: мониторинг нефтяных загрязнений прибережных стран Гвинейского залива с помощью радиолокационных снимков. Задачи исследования: Оценить нефтяной потенциал стран Гвинейского залива, социально-экономические и политические особенности разработки месторождений нефти в Гвинейском заливе, Показать преимущество использования радиолокационных снимков в выявлении морских нефтяных загрязнений, Подобрать и проанализировать радиолокационные снимки за длительный период времени, Выявить вклад разных стран Гвинейского залива в нефтяном загрязнении. ХАРАКТЕРИСТИКА ГВИНЕЙСКОГО ЗАЛИВА И УСЛОВИЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ Природные условия Гвинейского залива

Гвинейский залив – крупный залив Атлантического океана у берегов Экваториальной Африки. Вдаётся в сушу между мысами Пальмас на северо-западе (Либерия) и Палмейриньяш (Ангола) на юго-востоке (рис.1.). Площадь залива 1533 тыс. км². Дно океана образует Гвинейскую котловину с максимальной глубиной до 6363 м. Средняя температура воды 25-27°С, соленость воды 34-35 ‰, вблизи устьев рек понижается до 20-30 ‰.

Рис.1. Схема Гвинейского залива (красным прямоугольником показана зона интереса).

Воды Гвинейского залива омывают берега следующих африканских государств: Либерия, Кот-Д’Ивуар, Гана, Того, Бенин, Нигерия, Камерун, Экваториальная Гвинея и Габон, Сан-Томе и Принсипи.

Составными частями Гвинейского залива являются заливы Бенин (на севере) и Биафра (на востоке). В Гвинейском заливе насчитывается достаточно много крупных островов – таких, как Биоко, Принсипи, Сан-томе и другие. Кроме островов, выступающих над водной поверхностью, в заливе есть еще множество подводных гор с вершинами, лежащими на самых разных глубинах. На побережье отмечаются приливы высотой до 2,7 м.

Через залив с запада на восток проходит теплое Гвинейское течение, а с севера на юг Ангольское течение. Среди рек, впадающих в Гвинейский залив, следует отметить Нигер, Вольту, Кавалли, Комоэ, Moнo и Сассандру.

В пределах залива располагается крупный нефтегазоносный бассейн, в котором ведётся активная добыча нефти. Главные порты – Абиджан (Кот-д’Ивуар), Ломе (Того), Лагос (Нигерия), Аккра и Такоради (Гана), Либервиль (Габон).

Наконец, Гвинейский залив может считаться центром мира, так как в нём находится точка пересечения экватора с нулевым меридианом [1,2].

Социально-экономические и политические Особенности разработки месторождений нефти в Гвинейском заливе

В мировой нефтяной бизнес район Гвинейского залива был интегрирован, в 60 и 70-х гг. прошлого века. Его нефтеуглеродные запасы составляют около 3,1% мировых запасов и 5,3% мировой добычи. С конца 1980 г. Гвинейский залив стал одним из главных направлений международных нефтяных инвестиций и добыча в нем находится на подъеме. Нефть региона относительно легкая, и имеет хорошее качество. Кроме того, регион имеет очень выгодное экономико-географическое положение по отношению к рынкам сбыта Европы и США.

Наиважнейшая нефтедобывающая страна региона – Нигерия, располагает значительными запасами углеводородного сырья в устья р. Нигер. К осадочному бассейну, сформированному аллювием этой реки относятся также месторождения Камеруна и Экваториальной Гвинеи. Вторая крупная страна-производитель региона – Ангола. Она начала добывать нефть в провинции Кабинда еще во время португальской колонизации; сегодня она на подъеме, благодаря открытию новых месторождений, сделанным на шельфе провинции (60% ангольской нефти добывается в этой зоне) и также, на юге, вблизи от Луанды.

В соседнем Конго (Браззавиль) добыча также постоянно увеличивается, начиная с 1970 г., и последние открытые месторождения в должны позволить сохранить относительно высокий уровень добычи в ближайшие годы. В этих двух странах добыча нефти почти целиком идет из оффшорной зоны, что частично объясняет её относительную стабильность, несмотря на различные политические конфликты.

Добыча нефти в Экваториальной Гвинеи стала существенной с 1997 г. и недавно открытые месторождения делают эту страну одним из сильных игроков в регионе.

Добыча нефти ведется также в Габоне и ряде других стран побережья Гвинейского залива. например, в Камеруне,. Кот Д’Ивуаре и Конго (Киншаса). [3]

Нефтяные месторождения Гвинейского залива в основном морского происхождения и располагаются в оффшорных зонах, и, следовательно, их разработка не зависит от социальных и политических катаклизмов. И действительно расположение в море делает в случае возникновения социальных и политических противоречий добычу нефти относительно безопасной и дает возможность свести к минимуму потенциально взрывоопасные взаимоотношения между нефтедобывающими компаниями, местными властями и населением. Политический риск компаний в этом смысле также минимизирован [4].

Экономической особенностью разработки месторождений в этом регионе является тот факт, что в ней принимают участие совместные кампании, а не национальные, которые становятся монополистами, как в многочисленных странах Ближнего Востока, Латинской Америке и Северной Африки,

Разведка и добыча нефти распределяется между тремя различными типами кампаний: во-первых, национальными компаниями, во-вторых, крупными международными компаниями (ExxonMobil, Shell, ChevronTexaco, TotalFinaElf и др), в-третьих, "независимыми" компаниями, которые имеют небольшой уставной капитал (Vanco, Amerada Hess, Marathon, Ranger Oil, Occidental, Ocean Energy, Anadarko или Triton)

Осложнения в работу этих кампаний вносяттерриториальные конфликты между государствами залива.Так, в течение десятилетия (1990-2000 гг.), нефтедобыча в Гвинейском заливе затормозилась из-за конфликта между Нигерией и Камеруном из-за полуострова Бакасси, который крайне богат нефтью. Существуют «спорные зоны» между Нигерией и Экваториальной Гвинеей, Сан-Томе и Нигерией.

Сложные экономические и правовые взаимоотношения между правительственными органами, нефтяными кампаниями и между соседними государствами отражаются на возможностях экологического контроля добычи нефти и ее транспортировки. Не всегда возможно определить «виновника» того или иного нефтяного загрязнения и, соответственно, обязать его ликвидировать последствия утечек нефти. В решении этой проблемы существенную роль могут сыграть данные дистанционного мониторинга, в частности материалы радиолокационных съемок.

ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОРСКОЙ СРЕДЫ

Проблема загрязнения морей и прибрежных акваторий в настоящее время приобрела глобальный характер. Особенно опасными для окружающей среды являются загрязнения вод нефтепродуктами. Нефтяное загрязнение неизбежно сопряжено с любыми операциями по добыче и транспортировке нефти (аварии нефтеналивных танкеров, сброс с танкеров балластной воды, содержащих нефтепродукты, утечки при бурении нефтяных скважин и на нефтепроводах на шельфе). Хотя его масштабы могут быть различны, как незначительными и легко преодолимыми экосистемами, так и катастрофическими, уничтожающими биотами целых морских регионов [12].

Способность нефти покрывать пленкой большие акватории моря при сравнительно небольших разливах приводит к тому, что даже незначительный разлив приводит к крайне негативным последствиям. Спустя всего 10 мин после разлива 1 тонны нефти, она покрывает пленкой область радиусом более 50 км, формируя нефтяное пятно или, так называемый, нефтяной слик [14]. Оказавшись в морской среде нефть и нефтепродукты, оказывают пагубное воздействие на морскую фауну и флору, нарушают процессы физического, химического и биологического обмена в системе океан-атмосфера, наносят существенный урон индустрии туризма и отдыха.

Нефть попадает в море различными путями. Чаще всего упоминают аварии танкеров, перевозящих нефть. Первая авария, которая всколыхнула мир, произошла в 1967 г. у берегов Западной Европы. Супертанкер “Торри Каньон” потерпел крушение около берегов Великобритании. В море попало 120 000 тонн нефти. Погибло 50 000 птиц (90% птиц этого региона). Хотя таких аварий не очень много, они составляют 12% от всех источников загрязнения. Больше всего нефти попадает в море в результате судоходства (27%), а также со стоком бытовых и промышленных вод (30%) и при разгрузке танкеров. Их промывают морской водой, которую затем сливают в море [13, 14].

Крупнейшие разливы нефти, связанные с авариями танкеров «Эксон Валдиз», «Эрика», «Престиж» и др., оказали существенное воздействие на прибрежные экосистемы в региональном масштабе, ущерб от которого оценивается в миллионы долларов [12].

Зависимость мировой экономики от нефтеуглеводородного сырья, и, соответственно, необходимость его транспортировки от производителя до потребителя заставляют мировое сообщество искать эффективные пути обеспечения экологической безопасности добычи и транспортировки нефти. Были подписаны и выполняются международные конвенции и соглашения, регламентирующие ответственность перевозчиков за возможные разливы, значительно улучшены технические характеристики танкеров, повышена эффективность служб береговой охраны и проводки судов, созданы международные и региональные центры мониторинга и реагирования на нефтеразливы. Усилия по снижению рисков, связанных с разливами нефти и нефтепродуктов, в целом направлены на внедрение эффективных систем слежения за движением судов и улучшение координации служб мониторинга и реагирования. Прорыв в обеспечении экологической безопасности перевозок был достигнут благодаря развитию технологий дистанционного зондирования. В настоящее время мониторинг портов, транспортных узлов и наиболее загруженных судоходных трасс осуществляется с помощью дистанционного зондирования.

Своевременное обнаружение и принятие экстренных мер по предотвращению распространения загрязнений может во много раз снизить нанесенный ущерб.

Одна из ведущих ролей в реализации аэрокосмического мониторинга, в том числе и нефтяных загрязнений акватории Мирового океана принадлежит съемкам, выполняемым в оптическом диапазоне спектра. Следует отметить, что аэро и космофотоматериалы оптического диапазона используются для дешифрования геологических процессов и явлений уже не одно десятилетие, и здесь достигнуты значительные успехи. Достаточно хорошо отработана методика дешифрирования снимков, определена точность и надежность получаемой информации. Всем этим вопросам посвящена обширная литература [5, 6, 10].

Оптические изображения дают меньше деталей для области пятна, однако больше информационных признаков для распознавания пятен как нефтяных загрязнений. В большинстве случаях нефтяные пятна выделяются на фоне окружающей воды за счет различной шероховатости морской поверхности в пятнах из-за выглаживания мелкомасштабного волнения и вне их. Дополнительными условиями наблюдаемости пятен являются оптимальные оптические условия – отсутствие облачности и наличие солнечного блика. Неизменность формы и размеров пятен загрязнений в течение времени наблюдений свидетельствует о стационарности загрязнений, а также о медленном течении процессов диссипации и распада нефтяных пленок [11].

В последние годы в большинстве стран мира мониторинг нефтяных загрязнений осуществлялся преимущественно на основе спутниковых радиолокационных данных (ИСЗ ERS-1/2, Envisat, Radarsat-1, TerraSAR-Х и др.), позволяющие получать информацию о загрязнении морской поверхности независимо от освещенности и облачного покрова, в широкой полосе обзора и с высоким пространственным разрешением.

Несмотря на существенные преимущества по сравнению с другими средствами наблюдения (авиационными и судовыми), спутниковые системы имеют ограничения по периодичности съемки одного и того же района моря (периодичность 1 раз в 3 суток). Это ограничение может быть устранено при расширении группировки спутников. Кроме того, РЛ-данные высокого разрешения поставляются потребителям с временной задержкой, связанной с синтезом изображений в центрах обработки данных и доставкой информации потребителю. Таким образом, время от момента разлива нефти до изготовления карты по данным РЛ-съемки может составлять несколько суток. Кроме того, РЛ-средства наблюдения имеют ограничения, связанные с гидрометеорологическими условиями в районе съемки. Оптимальной для радиолокационного обнаружения нефтяных пленок является скорость ветра над поверхностью моря от 3 до 8 м/с (волнение 2-7 баллов). В этом случае пленки нефти выглядят темными пятнами на радиолокационном изображении (РЛИ) на фоне светлой (взволнованной) поверхности моря. При меньшей скорости ветра нефтяные пленки становятся неразличимыми на РЛИ на фоне спокойной поверхности моря. При сильном ветре они исчезают вследствие интенсивного перемешивания [6, 11].

Наибольшие детальность и контрастность нефтяное пятно имеет на РЛИ, включающем такие детали, как элементы внутренней структуры пятен, кильватерный след корабля, пересекающего пятно, а также яркую отметку от самого корабля.

При диагностике нефтяных пятен на РЛИ учитывается комплекс факторов, а именно: ветровые условия, состояние поверхности моря (волнение), присутствие проявлений других океанических и атмосферных процессов и явлений, проявляющихся в виде сигнатур, подобных нефтяным пятнам и др. Выявление нефтяных пятен включает в себя несколько этапов:

  • идентификацию нефтяных пятен по их геометрическим и текстурным признакам, а также с учётом наличия поблизости судов - потенциальных источников загрязнения (табл. 1). Для улучшения надёжности идентификации пятен обычно привлекаются метео и спутниковые (Quikscat) данные о скорости ветра;

  • определение координат и площади пятен;

- определение вероятных источников появления пятен (судов, платформ, прибрежных терминалов и предприятий – НПЗ, трубопроводов, стоков канализаций, устьев рек и т.п.);

- определение направления и скорости дрейфа пятен (на основе данных о ветре и течениях или на основе последовательных съемок), прогноз направления и скорости переноса пятен.

Координаты обнаруженных нефтяных пятен фиксируются и в дальнейшем используются для наблюдения их распространения на последующих РЛИ. Далее пятна оконтуриваются, наносятся на координатную сетку. При наличии поблизости судов, которые могут быть источником загрязнения, определяются их координаты.

Таблица 1.

Основные типы «подобий» нефтяных загрязнений морской поверхности и их радиолокационные проявления (5).

Природные явления

Форма проявления на радиолокационном изображении

Районы возникновения

Гидрометео-рологическе условия

Естественные биогенные пленки

Отражают структуру течений

Прибрежные зоны

Разрушаются при скорости ветра >7 м/сек

Области локального ослабления ветра

Обширные зоны пониженного рассеяния

Повсеместно

Скорость ветра

Просмотров работы: 3567