Мониторинг повреждений растительного покрова нефтедобывающих территорий Западной Сибири по данным спутниковых наблюдений

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Охрана окружающей среды


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 504. 064
МОНИТОРИНГ ПОВРЕЖДЕНИЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Татьяна Олеговна Перемитина
Институт химии нефти СО РАН (ИХН СО РАН) 634 021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории лаборатории & quot-Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей& quot-, тел. (3822)49−18−11, е-mail: pto@ipc. tsc. ru.
Ирина Германовна Ященко
Институт химии нефти СО РАН (ИХН СО РАН) 634 021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, канд. геол. -минерал. наук, заведующий лаборатории & quot-Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей& quot-, тел. (3822)49−18−11, e-mail: sric@ipc. tsc. ru
Мария Николаевна Алексеева
Институт химии нефти СО РАН (ИХН СО РАН) 634 021, Россия, г. Томск, пр. Академический, 4, кандидат географических наук, младший научный сотрудник лаборатории & quot-Научно-исследовательский информационный центр с музеем нефтей& quot-, тел. (3822)49−10−42, е-mail: amn@ipc. tsc. ru.
Проведен мониторинг состояния растительного покрова нефтедобывающих территорий Западной Сибири за период 2000—2012 гг. с использованием тематических продуктов MODIS. Предложена методика оценки воздействия различных факторов на экологию нефтегазодобывающих территорий на основе дистанционных исследований состояния растительного покрова по значению коэффициента NDVI. Апробация предложенной методики проведена для техногенно нарушенных территорий Самотлорского, Ватинского, Вахского (Ханты-Мансийский АО), Советского (Томская область) нефтяных месторождений.
Ключевые слова: нефть, нефтяное загрязнение, месторождения нефти.
GEOINFORMATION TECHNOLOGIES FOR THE ANALYSIS OF OIL POLLUTION OF RIVERS
Tatiana O. Peremitina
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634 021, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, Ph.D. in Technical Science, research associate, tel. (3822)49−18−11, e-mail: pto@ipc. tsc. ru
Irina G. Yashchenko
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634 021, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, Ph.D. in Geologyand Mineralogy, Head of the Laboratory, tel. (3822)49−18−11, e-mail: sric@ipc. tsc. ru
Maria N. Alexeeva
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 634 021, Russia, Tomsk, 4, Akademichesky Avenue, PhD in Geography, Junior Researcher, tel. (3822)49−10−42, e-mail: amn@ipc. tsc. ru
Monitoring of vegetation cover oil-producing areas of Western Siberia for the period 20 002 012 using topical products MODIS. A method for assessing the impact of various factors on the ecology of oil and gas production areas on the basis of remote sensing of vegetation on the value of the coefficient of NDVI. Approbation of the proposed technique performed to technologically disturbed areas Samotlorsky, Vatinskaya, Vahsky (Khanty-Mansiysk), Soviet (Tomsk region) oil fields.
Key words: oil, oil pollution, oil field.
Особенностью нефтедобывающих территорий является высокая техногенная нагрузка нефтегазового комплекса на окружающую среду. На исследуемой территории Западной Сибири техногенная нагрузка связана с разведкой, промышленной разработкой нефтяных и газовых месторождений, транспортировкой, переработкой, хранением нефти и нефтепродуктов. Сотни тысяч скважин, десятки тысяч километров трубопроводов, подверженных коррозии, компрессорные станции и другие объекты являются потенциальными источниками загрязнения земельных ресурсов нефтепродуктами при аварийных ситуациях.
В Научно-исследовательском информационном центре ИХН СО РАН сформирован банк тематических продуктов MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) территории Западной Сибири за период 20 002 012 гг.
Для мониторинга состояния растительного покрова нефтедобывающих территорий Западной Сибири разработана методика, основанная на использовании тематического продукта MOD13Q (далее обозначенный нами NDVI MODIS) — вегетационный индекс за 16-дневный период рассчитанный зарубежными специалистами Goddard Distributed Active Archive Center (DAAC) на базе данных MODIS. Методика оценки механических нарушений нефтедобывающих территорий в зоне воздействия добычи и транспорта с использованием продукта NDVI MODIS состоит в расчете средних значений NDVI по типам растительного покрова и расчетам коэффициента энтропии.
Вегетационные индексы NDVI (Normalised Difference Vegetation Index) позволяют наглядно охарактеризовать состояние и изменение во времени растительного покрова нефтедобывающих территорий. NDVI рассчитывается по формуле [1]:
Pnir — Pr ed
NDVI =-,
Pnir + Pr ed
где Pnir и Pred — значения яркости пикселя в ближнем инфракрасном и красном диапазонах.
В красной области спектра находится максимум поглощения солнечной радиации хлорофиллом, а в инфракрасной области спектра — максимум отражения клеточными структурами листа. Как правило, для густой растительности NDVI = 0,7, для разреженной растительности
NDVI е (0,3−0,5), для открытой почвы NDVI = 0,025 и для искусственных материалов — NDVI =- 0,5 [1].
Апробация предложенной методики проведена для техногенно нарушенных территорий Самотлорского, Ватинского, Вахского (Ханты-Мансийский АО), Советского (Томская область) нефтяных месторождений.
На рис. 1 приведены средние значения NDVI, определенные для типов растительного покрова и механически нарушенных участков в мае (рис. 1, а), июле (рис. 1, б) и сентябре (рис. 1, в) 2000 г. (голубые линия), 2001 г. (красный цвет линий), 2007 г. (зеленый цвет линий) и 2012 г. (фиолетового цвета линии).
Рис. 1. Средние значения КОУ1, полученные а) в мае, б) июле, в) сентябре
разных лет для типологических единиц растительного покрова и механически нарушенных участков: 1 — хвойный лес, 2 — мелколиственный
лес, 3 — пойменные экосистемы, 4 — моховые и травяные болота, 5 -вторичная растительность на месте механических нарушений лесов и болот, 6 — техногенные грунты коридоров нефтепроводов
Установлено, что наибольшие значения КОУ1 рассчитаны для темнохвойных и мелколиственных лесов в июле 2000, 2001 и 2007 гг. (К0У1=0,8 на рис. 1, б точки 1 и 2), это означает хорошее (не угнетенное) состояние данных типов растительности. Наименьшие значения КОУ1 наблюдаются в мае 2007 г. для пойменной растительности (К0У1=0,2 на рис. 1, а, точка 2, зеленый цвет), что объясняется фактом обводнения поймы реки Оби на Самотлорском и Советском месторождениях, а так же в местах нахождения техногенных грунтов коридоров нефтепроводов (0,3−0,4). В сентябре 2000 г. из-за природных и возможно антропогенных причин наблюдаются минимальные значения КОУ1 всех типов растительного покрова и механически нарушенных участков.
Вторым способом оценки механических нарушений нефтедобывающих территорий в зоне воздействия добычи и транспорта с использованием продукта КОУ1 МОБ^ является расчет коэффициентов энтропии. Расчет коэффициента энтропии используется для оценки степени однородности и упорядоченности картографического изображения и относится к методам математико-картографического моделирования [2,3].
0. 45 0. 40
5
Е 0. 35 о
?г0. 30? 0. 25 |0. 20 -1−0. 15
0. 05 0. 00
2000 г. 2001 г. 2007 г. 2012 г.
Рис. 2. Коэффициенты энтропии за вегетационный период 2000—2012 гг.
¦май ¦ июль — сентябрь
Показано, что чем территория однородней и упорядоченней, тем коэффициент энтропии ближе к значению 1. При сильной нарушенности ландшафта и наличия множества контуров механически нарушенной растительности (гарей, участков с дорогами, нефтепроводами, объектами нефтедобычи и населенными пунктами) коэффициент энтропии приближается к 0. Алгоритм расчета коэффициента энтропии был программно реализован в среде ГИС ArcView авторами работы и рассчитан по формуле [2]:
п
I (А)г = 1 — (-
1=1

п

где — отношение площади данного i-го контура к площади всех контуров на карте,
n — количество контуров.
Из рис. 2 следует, что самая высокая неоднородность территории с коэффициентом энтропии 0,19 наблюдается в мае 2007 г. (рис. 1 а) ив сентябре 2000 г., где коэффициент энтропии составляет всего 0,27 (рис. 1 в), что объясняется наиболее низкими из всех рассмотренных лет значениями NDVI и их наибольшей вариабельностью по типам растительного покрова и техногенно нарушенным участкам.
Предложенный подход может быть использован для выявления экологических проблем территорий нефтедобывающих районов Западной Сибири с учетом ее особенностей (заболоченность, труднодоступность и отсутствие возможностей проведения наземных исследований).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Черепанов А. С., Дружинина Е. Г. Спектральные свойства растительности и вегетационные индексы // Геоматика. -2009.- № 3.- C. 28−32.
2. Берлянт А. М. Картографический метод исследования. — М.: Изд-во МГУ, 1978. -
249 с.
3. Алексеева М. Н., Ященко И. Г., Перемитина Т. О. Оценка состояния и динамики восстановления растительного покрова нефтедобывающих территорий с использованием космических снимков // Нефть. Газ. Новации. — 2013. — № 10 (177). — С. 16−19.
© Т. О. Перемитина, И. Г. Ященко, М. Н. Алексеева, 2014

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой