16 октября 2016г.
Западная Сибирь является крупнейшей российской территорией по запасам и добыче нефти. На ней находится большое количество месторождений, которые пересекаются трассами трубопроводов. Большое количество наземных вод в виде рек, ручьев, протоков создаёт сложности при проектировании трассы трубопровода. Как правило, трубопровод проводят по короткой трассе (от начальной до конечной точки), т.е. по прямой линии. В результате строительства трубопровода мы сталкиваемся с пересечением рек. Кроме того, река, меняя свое русло, впоследствии может «задеть» трубопровод и он становится вместо наземного – подводным.
Стадии развития речной долины [2].
Речная долина – это вытянутое наклонное углубление в земной поверхности, которое образуется текущей водой. Самой низкой частью долины является дно. В нем обычно и протекает водный поток, если уровень воды не поднимается, например, в половодье или из-за сильных ливней. Русло иногда разбивается на отдельные рукава, разделенные островами или осередками (скоплениями наносов в виде отмелей либо островков). В половодье река выходит из берегов и заливает часть своей долины – пойму. На склонах долины ступенями располагаются террасы - остатки древних пойм, «рассказывающие» об истории формирования реки и долины.
На протяжении времени существования река переживает периоды юности, молодости, зрелости и старости. В период юности река протекает по неровному рельефу, региональный уклон ее русла на всем протяжении чрезвычайно крутой, скорость течения велика; кое-где обособляются отдельные участки, развитие которых контролируется местными базисами эрозии. В период молодости река стремится углубить свое русло только в верхнем течении, где еще наблюдаются процессы глубинной эрозии. В среднем и нижнем течении рек глубинная эрозия сменяется боковой. На стадии зрелости скорость течения равномерно уменьшается от верховьев к устью. На данном этапе характерно появление излучин, а именно меандр, которые приводят к увеличению коэффициента извилистости реки, образованию рукавов (вода протекает параллельно основному руслу реки), и возникновению аллювиальных равнин поймы. Река вступает в стадию старости тогда, когда дно ее долины достигает ширины, во много раз превышающей ширину поймы меандрирующей реки. Данный этап развития характеризуется максимальным коэффициентом извилистости.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) представляет собой процесс, при котором собирается информация об объекте, территории или явлении без непосредственного контакта с ним [5]. К дистанционному зондированию относят все виды неконтактных съемок, которые проводятся с различных измерительных платформ, таких как: летательные воздушные и космические аппараты (самолеты, вертолеты, спутники и т. д.), суда, подводные лодки, наземные станции. Снимок в данном случае определяется как двумерное метрическое изображение конкретных объектов, получаемое непосредственно в результате дистанционной регистрации и измерения собственного или отраженного излучения. Вследствие этого происходит детальное сканирование информации об исследуемых географических объектах.
В настоящее время – это самый универсальный и наиболее широко используемый вид зондирования природной среды с помощью различных летательных аппаратов. Эффективность применения фотосъемок связана с высокой степенью пространственного и спектрального разрешения, что имеет особую важность в определении закономерностей пространственно- временного изменения природно-технических условий эксплуатации и технического состояния магистральных трубопроводов.
Магистральный трубопровод является единственным производственно- технологическим комплексом, включающим в себя здания, сооружения, его линейную часть, в том числе объекты, используемые для обеспечения транспортирования, хранения и перевалки на автомобильный, железнодорожный и водный виды транспорта жидких или газообразных углеводородов, измерения жидких (нефть, нефтепродукты, сжиженные углеводородные газы, газовый конденсат, широкая фракция легких углеводородов, их смеси) или газообразных (газ) углеводородов.
Основными направлениями применения данных ДЗЗ на водные объекты для анализа русловых процессов и определения опасности их проявления являются [3]:
1. Определение характера рельефа поймы, степени заболоченности, направления русла реки, морфометрических параметров (длина реки, коэффициент извилистости, густота речной сети). Данный контроль необходим для рек с труднопроходимыми пойменными участками значительной протяженности, которые не могут быть учтены при проведении наземных исследовательских работ.
2. Исследование особенностей гидрологического режима реки и ее поймы. А именно, оценка уровня воды, скорость течения, уклон водной поверхности, сроки наступления и окончания различных стадий ледового периода и т.д.). Данные работы проводятся с целью определения границ затопления поймы при прохождении паводковых вод, характера функционирования рукавов и проток в разные фазы водного режима.
3. Оценка горизонтальных (плановых) деформаций русла. Экспертная оценка русловых процессов наиболее эффективна с использованием космических снимков, сделанных в разное время, как на стадии проектирования, так и при эксплуатации инженерного объекта, что позволяет увидеть изменения русел рек за определенный период времени и воспроизвести анализ их дальнейшего развития. Своевременно выявленные гидрологические явления обеспечивают бесперебойное функционирование линейных трубопроводов, пересекающих водные объекты. Недоучет динамики русел рек при проектировании трасс переходов приводит к размывам трубопроводов, опор ЛЭП и мостов в период непосредственной эксплуатации. Существенные проблемы возникают в руслах слабоустойчивых рек, где деформации русла наиболее выражены. При этом скорость плановых деформаций может составлять до нескольких метров в год.
4. Контроль состояния магистральных трубопроводов. Использование изображений с высоким пространственным разрешением позволяет оценить техническое состояние наблюдаемого объекта, оперативно выявить опасное направление развития руслового процесса. Строительство и эксплуатация подводных линейных трубопроводов, как и других инженерных сооружений, изменяют рельеф речного русла и поймы. В дальнейшем при эксплуатации, они подвергаются воздействию со стороны реки.
5. Определение динамики смещения донных гряд вдоль русла рек. Для неглубоких русел рек учитываются характерные формы рельефа речного русла и поймы разного размера - микроформы (размеры донных гряд меньше глубины русла) и мезоформы (донные гряды соизмеримы с поперечными размерами самого русла), которые можно детально проанализировать с помощью космической съемки. Подобные исследования важны для рек, которые переносят большое количество песчаных наносов в грядовой форме, например, реки северной части Западной Сибири и Европейской территории России. Смещение мезоформ вниз по течению обуславливает перепады глубин амплитудой до 3 м и более, что обеспечивает изменчивость рельефа дна и интенсивность плановых и вертикальных деформаций. Тем самым определяет высокую степень опасности для инженерных сооружений, пересекающих реку или находящихся в непосредственной близости к берегам [1]. Благодаря оптическим системам, которыми оснащены спутники ДЗЗ появляется возможность получить точную информацию о мезоформах русла под водой на глубине до 4 м, о микроформах – до 12 м.
Таким образом, основные требования к методу дистанционного зондирования магистральных трубопроводов должны быть следующие: дистанционность, оперативность, высокая скорость перемещения аппаратуры зондирования, многофункциональность, точность при устранении места утечки, высокая чувствительность аппаратуры, низкая стоимость зондирующей аппаратуры, возможность автоматизации, простота в обслуживании аппаратуры, безопасность в эксплуатации, проведение дистанционного зондирования в дневное время[1]. Накопленный опыт внедрения космических данных ДЗЗ для мониторинга русловых процессов позволяет систематизировать полученные данные, избежать ошибок при выборе трассы пересечения линейных трубопроводов с водными объектами, проводить детальные исследования руслового процесса или динамики берегового участка водоемов, с целью эксплуатации и защиты от размывов подводных магистральных трубопроводов.
Список литературы
1. Методы мониторинга качества нефтегазовых коммуникаций: монография/ К.И. Бушмелева;Сургут.гос.ун-т ХМАО-Югры.-Сургут: ИЦ СурГУ, 2014- 118с.
2. Широкова В.А., Фролова Н.Л. Вода: моря и океаны, реки и озера: Энциклопедия ОЛМА – М.:ОЛМА Медиа Групп, 2013.- 66с.
3. Дистанционное зондирование земли : учеб. пособие / Е. Н. Сутырина. Иркутск : Изд- во И ГУ, 2013. – 5с.
4. Электронный текст документа СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85* подготовлен АО "Кодекс" и сверен по: официальное издание М.: Госстрой, ФАУ "ФЦС", 2013.
5. Использование данных ДЗЗ для мониторинга русловых процессов и диагностики технического состояния подводных переходов магистральных трубопроводов А.Н. Бриллиантов, А.В. Глотко, Г.Д. Жуков, И.Н. Каргаполова. Журнал «ГЕОМАТИКА»№1, 2009 г.-66-70с.
