Различие свойств и состояний грунтов, типов утечки, а также характеристик нефти и нефтепродуктов предопределяет многообразие расчетных схем. В частности, можно выделить схемы загрязнения нефтью непроницаемой (малопроницаемой) и проницаемой сред, талых, мерзлых и многолетнемерзлых грунтов. Утечки могут происходить на дневной поверхности (например, при повреждении наземного либо надземного участка нефтепровода, или в результате потери устойчивости и выпучивания подъемного участка нефтепровода из траншеи, или в процессе его ремонта, а также при повреждении наземного резервуара) и ниже ее при повреждении подземного участка нефтепровода без обнажения его или подземного резервуара. Перекачиваемые нефти и нефтепродукты могут быть подогретыми и холодными (обычными).

      Процесс загрязнения талой грунтовой среды при утечках нефти на дневной поверхности можно разделить на три последовательные во времени стадии. Первая, начальная стадия характеризуется преимущественно образованием поверхностного ареала загрязнения и незначительной инфильтрацией нефти в грунтовую среду. На второй стадии происходит главным образом вертикальная инфильтрация нефти, и, наконец, третья стадия характеризуется боковой миграцией последней в грунтовой среде. Использование теории миграции грунтовых вод для описания процесса загрязнения грунтовой среды нефтью и нефтепродуктами осложняется специфичными физическими свойствами этих продуктов -- вязкостью, плотностью, поверхностным натяжением, несмешиваемостью с водой и др. Это обстоятельство, по-видимому, и обусловило выполнение ряда исследований по изучению различных случаев загрязнения грунтовой среды нефтью и нефтепродуктами.

      2.4 Загрязнение рек и водоемов нефтью и нефтепродуктами

      Река (или водоем) считается загрязненной, если состав (или свойства) воды изменился под влиянием производственной деятельности настолько, что вода стала непригодной для одного или нескольких видов водопользования.

      Различают следующие основные виды водопользования: хозяйственно-питьевое, культурно-бытовое и рыбохозяйственное. В соответствии с этими видами водопользования нормируются состав и свойства воды и предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ.

      Практически любая авария подводного нефтепровода может привести к утрате водоема как объекта одного или нескольких видов водопользования. Возможные последствия загрязнения усугубляются высокой стойкостью нефти к окислению и токсичностью отдельных се фракций. Нефть, попадая в воду, растекается вследствие ее гидрофобности по поверхности, образуя тонкую нефтяную пленку, которая перемещается со скоростью примерно в два раза большей, чем скорость течения воды. При соприкосновении с берегом и прибрежной растительностью нефтяная пленка оседает па них. В процессе распространения по поверхности воды легкие фракции нефти частично испаряются, растворяются, а тяжелые опускаются в толщу воды, оседают на дно и образуют донное загрязнение.

      В результате загрязнения воды нефтью изменяются ее физические, химические и органолептические свойства, что существенно ухудшает условия обитания и воде животных и растении; использование такой воды в культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых целях усложняется. Ввиду многообразия возможных последствии оценка даже прямого ущерба затруднительна. В этом отношении весьма интересна классификация нефтяного загрязнения водоемов, разработанная ГосНИОРХом по материалам многолетних исследований.

      В нефтедобывающих районах источником загрязнения рек и водоемов являются сбросы отработанных и пластовых вод нефтепромыслов. На судоходных реках систематическим источником загрязнения вод нефтепродуктами являются курсирующие по ним суда, о чем свидетельствуют замазученные шлейфы, остающиеся по траектории их движения, вблизи пристаней и берегов.

      Существенно загрязняют реки и водоемы сбросы нефтеперерабатывающих заводов. Следует иметь в виду, что если загрязненность от сбросов нефтепромыслов, судов и нефтеперерабатывающих заводов может относительно легко регулироваться установкой соответствующих очистных устройств, то аварийный выброс нефти и нефтепродуктов при повреждении трубопровода характеризуется во много раз большей (нерегулируемой) концентрацией загрязненности. Это обстоятельство позволяет считать подводные нефте- и нефтепродуктопроводы наиболее опасным потенциальным источником загрязнения рек и водоемов. Последствия нефтяного загрязнения рек и водоемов. Загрязнение воды нефтью, как уже отмечалось, затрудняет все виды водопользования. Влияние нефти, керосина, бензина, мазута, смазочных масел на водоем проявляется в ухудшении физических свойств воды (замутнение, изменение цвета, вкуса, запаха); растворении в воде токсических веществ; образовании поверхностной пленки нефти и осадка на дне водоема, понижающей содержание в воде кислорода.

     Используемые в настоящее время методы очистки воды, устранения нефтяного привкуса и запаха, восстановления прозрачности и цветности, локализации, сброса и удаления нефти позволяют в какой-то мере смягчить последствия загрязнения, ускорить процесс восстановления временно утраченных свойств воды и тем самым обеспечить дальнейшее использование водоемов в культурно-бытовых и хозяйственно-питьевых целях. Однако для рыбного хозяйства водоему может быть нанесен невосполнимый ущерб вследствие высокой чувствительности живых организмов и растительности к нефтяному загрязнению, а также стойкости и токсичности этого загрязнения.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами рыбохозяйственных  водоемов приводит к ухудшению качества рыбы (появление окраски, пятен, запаха, привкуса); гибели взрослых рыб, молоди, личинок и икры; отклонениям от нормального развития икры личинок и молоди; сокращению кормовых запасов (бентоса, планктона), мест обитания, нереста и нагула рыб; нарушению миграции рыб, молоди, личинок и икры.

      Самоочищение рек и водоемов от нефти и нефтепродуктов. Очищение воды от нефти и нефтепродуктов происходит в результате их естественного распада - химического окисления, испарения легких фракций и биологического разрушения микроорганизмами, обитающими в водной среде. Все эти процессы характеризуются чрезвычайно малой скоростью, определяемой главным образом температурой воды. Химическое окисление нефти затрудняется высоким содержанием в ней предельных углеводородов. Окисляются и испаряются в основном легкие фракции, а тяжелые трудноокисляемые фракции нефти накапливаются и затем оседают па дно, образуя донное загрязнение.

      Уменьшение массы нефтяной пленки в первые дин после ее образования происходит преимущественно вследствие испарения нефти. В процессе биологического разрушения микроорганизмами нефть и нефтепродукты частично усваиваются ими, а частично окисляются. Известно около 100 видов бактерий, дрожжей и грибков, способных окислять углеводороды. Максимальная активность нефтеокисляющих микроорганизмов наблюдается при температуре воды 15-35° С. С понижением температуры интенсивность окисления резко уменьшается.

      Биохимическое окисление нефти сопровождается интенсивным поглощением кислорода воды. В среднем на окисление 1 мг нефти затрачивается от 0,5 до 3,5 мг кислорода. Одним из показателей наличия в воде органических загрязнений и интенсивности их биологического окисления является биологическая потребность в кислороде (БПК), численно равная количеству кислорода, поглощаемого микроорганизмами при биологическом окислении органических загрязнении, содержащихся в 1 л воды. Биохимическое окисление нефти в водоеме сопровождается непрерывной миграцией тяжелых ее фракций с поверхности на дно и обратно. Нефтяные отложения на дне водоема в анаэробных условиях (при дефиците кислорода) сохраняются длительное время и являются источником вторичного загрязнения водоемов.

      2.5 Загрязнение приземного слоя атмосферы при эксплуатации магистральных трубопроводов и его последствия

      При повреждении газо и нефтепроводов выделяются различные токсичные вещества. Основными загрязнителями атмосферы являются природный газ, продукты испарения нефти и нефтепродуктов, аммиак, этилен, ацетилен, а также продукты сгорания перекачиваемых углеводородных смесей. Все эти загрязнения относятся к локальным и временным, так как они рассеиваются под воздействием воздушных потоков.

      Загрязнение приземного слоя атмосферы оказывает существенное отрицательное влияние на человека и растительность вследствие общетоксического действия перечисленных ингредиентов. Особую опасность представляет загрязнение воздуха вблизи населенных пунктов. В этих случаях возможность наложения или аккумуляции различных загрязнений значительно усугубляет характер последствий.

      В отличие от средней полосы загрязнение воздуха в районах Крайнего Севера при прочих равных условиях оказывает более сильное воздействие на природу. Растительный покров в этих районах находится в крайне неблагоприятных климатических условиях. Поэтому всякое воздействие, в том числе и загрязнение воздуха, может привести к угнетению растительного покрова.

      Источники загрязнения приземного слоя атмосферы:

К основным источникам загрязнения приземного слоя атмосферы при трубопроводном транспорте нефти, нефтепродуктов и газа следует отнести аварийные выбросы газа при отказах и ремонте линейной части магистральных газопроводов и испарение нефти и нефтепродуктов при хранении в резервуарах. Не менее сильным источником загрязнения воздуха являются пожары при возгорании или сжигании транспортируемых продуктов.

      Отказы газопроводов наблюдаются при использовании некондиционных материалов (труб, арматуры, сварочной проволоки и т. п.), нарушении технологии строительно-монтажных работ, ремонта и эксплуатации, а также в результате коррозии. Причины отказов эксплуатируемых магистральных газопроводов (в % от общего числа отказов) распределяются следующим образом:

Дефект  сварки.....................26,3

Низкое  качество строительно-монтажных работ.....7

Низкое  качество эксплуатации.............1,8

Коррозия......................52,6

Прочие.......................7

      Другим источником загрязнения воздуха являются резервуарные парки, сооружаемые на головных и некоторых промежуточных перекачивающих станциях. В результате сливно-наливных операций, а также суточных колебаний температуры происходит достаточно интенсивное выделение продуктов испарения в приземной слой атмосферы. В результате только одного большого «дыхания» потери нефти из резервуара объемом 5000 м³ могут достигать 3,5 т. Годовые потери нефти из такого резервуара из-за малых «дыханий» могут составить 30--60 т. Необходимость сливно-наливных операций, неизбежность суточных колебаний температуры окружающего воздуха предопределяют стационарный характер такого загрязнения. Это обстоятельство позволяет локализовать основные источники загрязнения атмосферы в пределах резервуарного парка. Самопроизвольное возгорание нефти, нефтепродуктов и газа при повреждении линейной части или резервуара, хотя это и случайное редкое явление, однако оно вызывает очень интенсивное загрязнение воздуха. 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 3. Геоэкологические проблемы, возникающие  при строительстве  и эксплуатации трубопроводов

      3.1 Воздействия на окружающую природу при строительстве магистральных трубопроводов

      Охарактеризуем основные воздействия на природу при строительстве трубопроводов.

1. Сведение  растительности в полосе строительства.  Вырубка леса и корчевка пней  на продольных и поперечных  склонах в полосе шириной до 30 м уменьшает устойчивость склонов и способствует активизации действующих оползней и возникновению новых. Особенно заметно это проявляется при корчевке пней взрывами.

2. Срезка  грунта на продольных уклонах  для уменьшения их крутизны. При  этом образуются глубокие выемки на участках значительной протяженности. Эти выемки часто становятся путями сбора дождевых и грунтовых вод. Постоянно действующие стоки, устранить которые очень сложно, размывают грунт на значительную глубину и образуют глубокие промоины. При этом трубопровод оголяется и провисает, т. е. условия его эксплуатации осложняются.

3. Сооружение  «полок» на поперечных уклонах  и косогорах. Полками называют  выемки, устраиваемые на поперечных (к направлению главной оси  трубопровода) уклонах, крутизна  которых не позволяет работать на них машинам без предварительно подготовленной строительной полосы. Полки могут устраиваться в виде «чистой выемки» и в виде полувыемки-полунасыпи. Устройство полки наносит наиболее ощутимый ущерб природе при строительстве трубопроводов в горах. Этот ущерб выражается в следующем. Резкое нарушение рельефа местности, обострение оползневых процессов и возникновение новых оползней в местах, где они не могли возникнуть в течение десятков и даже нескольких сотен лет. Это объясняется снижением запаса устойчивости склонов в результате выемки грунта и усиления силового воздействия фильтрационного потока в коренном грунте. Имеются примеры, когда вновь образовавшиеся оползни захватывали десятки гектаров площади, вовлекая в движение сотни тысяч кубометров грунтовой массы. Полки становятся путями движения дождевых, снеговых и подземных вод, выходящих на поверхность через боковую их грань. В результате образуются промоины, которые разрушают полки.

4. «Временные»  перекрытия балок и ручьев  для проезда строительной техники. Эти «временные» перекрытия довольно часто остаются и после окончания строительства. Они препятствуют прохождению дождевых стоков и способствуют разрушению склонов балок.