Физико-географические подходы к изучению русловых процессов на участках подводных переходов магистральных трубопроводов через реки таежной зоны: север и центр ЕТР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.23, кандидат географических наук Сергеев, Олег Николаевич

• Сергеев, Олег Николаевич
• кандидат географических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат географических наук Сергеев, Олег Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПОДВОДНЫЕ ПЕРЕХОДЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 7 И ФАКТОРЫ НАРУШЕНИЯ ИХ БЕЗОПАСНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

ГЛАВА 2 ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И 16 ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Гидрологические условия формирования русел рек

2 2 Физико-географические условия функционирования подводных переходов 24 через реки Вологодской области

2 3 Физико-географические условия развития русловых процессов

2 4 Физико-географические условия формирования русел рек Вологодской об- 31 ласти

ГЛАВА 3. ДЕФОРМАЦИИ РЕЧНЫХ РУСЕЛ

3 1. Вертикальные деформации 37 3 2. Горизонтальные деформации

ГЛАВА 4. РУСЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И

ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Глава 5 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ МОНИТОРИНГА ОПАСНЫХ

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА УЧАСТКАХ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-географические подходы к изучению русловых процессов на участках подводных переходов магистральных трубопроводов через реки таежной зоны: север и центр ЕТР»

Актуальность темы В России действует большое количество нефте- и газопроводов, многие из которых построены несколько десятилетий назад В настоящее время ведется прокладка новых трубопроводов, часто в тех же транспортных коридорах Трубопроводы относятся к объектам повышенной экологической опасности в случае их аварии Особо уязвимы подводные переходы, где на трубопровод действует водный поток Большой объем работ по прокладке магистральных трубопроводов осуществляется в северном и центральном районах Европейской территории России, где высока густота речной сети и где экологическая обстановка является достаточно напряженной Наиболее велика протяженность магистральных трубопроводов в ландшафтах средней и южной тайги, в частности, в Вологодской и Ярославской областях Российской Федерации

Строительство трубопроводов влияет на состояние пересекаемых ими водных преград, строительство и эксплуатация оказывают максимальное воздействие на русла и поймы рек, на речной сток Наибольшие изменения приэтом характерны для русловых процессов, которые, в свою очередь, воздействуют на ландшафты прилегающих участков речных долин На природные процессы часто накладывается эффект от хозяйственной деятельности, что важно учитывать при оценке масштабов и направленности антропогенных преобразований речного стока, ландшафта водосбора и русел рек, прогнозировании будущего состояния русла в районах организации подводных переходах трубопроводов

С другой стороны, русловые и гравитационные процессы на участках подводных переходов создают максимальную опасность для трубопроводов Как вертикальные, так и горизонтальные русловые деформации могут приводить к нарушению устойчивости трубопровода в пределах всей речной долины Для предотвращения риска повреждения трубопроводов и исключения возникновения аварийных ситуаций необходимо знать причины активизации этих процессов, закономерности их географического распространения и пространственно-временной изменчивости В настоящее время существуют рекомендации по размещению подводных переходов в виде ведомственных строительных норм (ВСН 163-83), выпущенные в 1985 г. («Учет деформаций.», 1985) Действующие рекомендации по размещению переходов и мониторингу окружающей среды при строительстве и эксплуатации подводных переходов (ВСН 163-83РД-51-2-95) при всей положительной роли, которую они сыграли в проектировании существующих подводных переходов, в значительной степени устарели и мало учитывают географическую специфику развития русел рек Прогноз размещения сооружений, основанный на знании естественных закономерностей развития речных русел в конкретном регионе, позволяет обосновать инженерные средства организации комплекса сооружений, избежать риска разрушения сооружений и нарушения природной среды

С авариями на подводных переходах связано ухудшение экологического состояния рек Их ресел и пойм Для предотвращения возникновения аварийных ситуаций важна организация системы наблюдений за состоянием подводных переходов трубопроводов Структура и содержание мониторинга должны основываться на знании механизма природных процессов формирования речных русел, их специфики в разных природных условиях и влиянии на них хозяйственной деятельности База данных, полученная на основе натурных наблюдений, может служить основой для проектирования возможных смягчающих, реабилитационных мероприятий Важной ее частью является информация о масштабах и направленности русловых процессов на этапах строительства и эксплуатации подводных переходов трубопроводов

В научной литературе практически отсутствуют публикации, посвященные анализу изменения физико-географических процессов при строительстве и эксплуатации подводных переходов трубопроводов Это затрудняет теоретическое и методологическое обобщение подходов к исследованию данной проблемы С другой стороны, относительно слабая изученность создает перспективы научных исследований в области обеспечения безопасности трубопроводов

Целью настоящей работы является оценка физико-географических процессов и обоснование методов обеспечения экологической безопасности при строительстве и функционировании подводных переходов магистральных трубопроводов на основе современных представлений о механизме взаимодействия русловых процессов и инженерных сооружений в таежных ландшафтах на севере и в центре Европейской России. Основные задачи исследования заключались в следующем.

1) рассмотреть общие закономерности влияния строительства и эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов на прилегающие ландшафты и на физико-географические процессы,

2) рассмотреть общие закономерности русловых процессов, влияющих на устойчивость трубопроводов на подводных переходах;

3) выявить условия формирования русел, особенности их деформаций и функционирования переходов на реках севера и центра Европейской части России,

4) разработать основные положения обеспечения экологической безопасности при строительстве и эксплуатации подводных переходов с учетом русловых процессов,

5) разработать структуру и содержание экологического мониторинга речных русел на участках переходов

В основу исследования положен анализ многолетних изысканий и наблюдений при обследовании подводных переходов различных реках России, проводившихся на протяжении ряда лет. В число этих рек входят реки севера Европейской части России, в частности, реки Вологодской и Ярославской областей Изучались все формы проявления русловых процессов, выполнялась оценка природных и антропогенных факторов, прогноз развития русла, разрабатывались предложения по обеспечению экологической безопасности при строительстве и эксплуатации трубопроводов

Объектом исследования является динамика физико-географических процессов на участках строительства подводных переходов магистральных трубопроводов в ландшафтах средней и южной тайги на севере и в центре Европейской части России

Предметом исследования являются техногенные нагрузки, возникающие при строительстве и эксплуатации подводных переходов магистральных тркбопроводов в долинах рек

На защиту выносятся следующие положения

1 Состояние речных русел и пойм в зонах строительства и функционирования подводных переходов магистральных трубопроводов на севере и в центре Европейской части России зависит от специфики физико-географических условий средне- и южно-таежных ландшафтов

2 Безопасность строительства и эксплуатации подводных переходов определена сочетанием зональных и местных физико-географических условий, характерных для участка речных долин.

3 Структура и содержание экологического мониторинга речных русел является важной компонентой обеспечения природной и производственно-технологической безопасности подводных переходов магистральных трубопроводов.

Научная новизна работы В работе впервые дан подробный анализ изменения физико-географических процессов в долинах рек севера Европейской части России под влиянием подводных переходов магистральных нефте- и газопроводов, анализ влияния активизированных русловых процессов на экологическую безопасность трубопроводов, разработана методология учета русловых процессов для обеспечения на экологической безопасности прилегающей территории; разработаны структура и содержание экологического мониторинга гидрологического и руслового режима рек на подводных переходах трубопроводов

Методы исследования Концептуальные положения работы основаны на методологии исследования рек и русловых процессов в различных природных условиях, разработанной в Научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов им НИМаккавеева географического факультета Московского государственного университета им. М В Ломоносова Достоверность выводов обеспечивается использованием первичной информации, содержащейся в материалах изысканий, полученных инструментальными наблюдениями и последующего камерального анализа Использовались также действующие в настоящее время рекомендации по размещению переходов и мониторингу окружающей среды при строительстве и эксплуатации подводных переходов (ВСН 163-83, Регламент РД 51-2-95).

Фактический материал и личный вклад автора В основу диссертации положены результаты научных исследований автора при выполнении инженерно-экологических изысканий и организации производственного экологического мониторинга на трассах магистральных газопроводов СРТО (Северные районы Тюменской области) - Торжок, Северо-Европейского газопровода (СЕГ) в 2003-2006 годах

Практическая значимость результатов работы Результаты исследований постоянно использовались в практической деятельности по проектированию, строительству, обслуживанию и обследованию подводных переходов магистральных трубопроводов в пределах севера и центра европейской части России В процессе исследований вырабатывались рекомендации и предлагались схемы мероприятий по снижению негативных последствий изменения природной обстановки при данном виде природопользования.

Реализация и апробация работы Результаты работ, полученные автором, доложены на Всероссийских совещаниях и конференциях, региональных научных совещаниях и конференциях В частности, они докладывались годовом собрании секции «Ру-словедение» Академии проблем водохозяйственных наук (Санкт-Петербург 2005), на 3 и 4 всероссийских научных конференциях «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2005, 2006), многочисленных ведомственных совещаниях

Публикации По теме диссертации автором опубликовано 7 работ, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК РФ

Структура и объем диссертации Работа состоит и введения, 5 глав и заключения Общий объем составляет 119 страниц, в том числе 17 таблиц, 43 иллюстрации

Заключение диссертации по теме «Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов», Сергеев, Олег Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках проведенного исследования установлено, что

1. Наряду с технологической и производственно-технологической безопасностью существует природная безопасность объекта - подводного перехода магистрального неф-те- или газопровода Под ней понимается обоснованность выбора местоположения подводного перехода трубопровода, обеспечивающая отсутствие и минимальное воздействие природных процессов на надежность эксплуатации этого технического объекта Вместе с тем безопасность трубопровода является залогом безопасности окружающей среды

2 Хотя физико-географические условия формирования русел рек Вологодской области достаточно однородны, морфологический облик речных долин и условия формирования стока рек изменяются по мере нарастания размеров водосборных бассейнов Русловые процессы при строительстве и эксплуатации подводных переходов наиболее активны по длине р Сухона, где отчетливо различаются верхнее, среднее и нижнее течение с присущими им особенностями русловых деформаций Специфические условия формирования русла рек и размещения подводных переходов складываются на реках Волге, Шексне, в низовьях рек в зоне влияния Рыбинского водохранилища Выделяется два вида подобных участков русла рек в нижних бьефах плотин и в зонах подпора водохранилища К первым относятся участки Волги в районе г Рыбинск и г Шексна ниже Шекснинского гидроузла Ко вторым - участки Волги у г. Мышкин Наиболее характерным для таких участков являются горизонтальные деформации, определяющие безопасность переходов трубопроводов.

3. Исследование и оценку опасных природных процессов важно производить на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации трубопроводов В первом случае проводятся комплексные исследования физико-географических процессов, выбирается оптимальное местоположение перехода На стадии строительства обеспечивается реализация комплекса защитных мероприятий и ликвидация негативных последствий сооружения трубопровода на природную среду. На стадии эксплуатации осуществляется мониторинг за динамикой природных процессов с целью выявления неблагоприятных тенденций их развития для безопасности трубопровода.

4. Основная задача мониторинга природных физико-географических процессов заключается в разработке прогноза русловых деформаций и осуществлении практических мер для минимизации негативных последствий современного руслоформирования. Для этого необходим целенаправленный сбор и систематизация информации о гидрологическом и русловом режиме рек на основе изысканий и компьютерного моделирования

5 В целях минимизации негативного влияния на компоненты природной среды предлагается организовать непрерывный контроль над состоянием природной среды, опасными русловыми и гравитационными процессами в районе строящихся объектов, который гибко учитывает график производства строительно-монтажных работ и принимаемые в процессе строительства дополнительные проектные решения Несмотря на региональные особенности и различия в объеме и интенсивности работ на разных объектах, можно пользоваться единой классификацией возможных экологических нарушений и их основных признаков, что подразумевает унификацию структуры мониторинга

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Сергеев, Олег Николаевич, 2006 год

1. Алексеевский Н И. Формирование и движение речных наносов М : Изд-во МГУ, 1998. 202 с.

2. Алексеевский Н И, Ободовский А Г., Самохин М А. Механизм изменения уровней воды в реках // Эрозионные и русловые процессы. Вып. 4 М.: 2005 с 216-237

3. Алексеевский Н И, Власов Б Н, Кононова А В , Сергеев О.Н,Чалов С Р. Общие подходы к учету изменения направленности и интенсивности русловых деформаций при многолетних колебаниях стока воды//Труды Академии проблем водохоз. наук. М (в печати)

4. Алексеевский Н И, Власов Б Н, Кононова А В., Сергеев О.Н, Чалов С Р. Изменения водоносности и руслового режима рек//Водное хозяйство России Екатеринбург, 2006. № 2 с 80-99.

5. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов. М.: Транспорт, 1980. 216 с.

6. Антонов С И, Базилевская Л И, Введенская А И, Кичигин А Н, Логинова Н А.,

7. Немцова Г М, Судакова Н Г. Геолого-геоморфологическое обоснование геоэкологического мониторинга в районе Великого Устюга //Экологические и инженерно-геоморфологические проблемы Вологодской области. Вологда, 1993. С. 70 90.

8. Барышников Н Б Антропогенное воздействие на русловые процессы JI: РГТМИ, 1990.

9. Барышников Н Б , Попов И В Динамика русловых потоков и русловые процессы JI: Гидрометеоиздат, 1988 456 с

10. Беркович КМ. Географический анализ антропогенных изменений русловых процессов М • ГЕОС, 2001. 164 с

11. Беркович К М, Власов Б Н Особенности русловых процессов на реках Нечерноземной зоны РСФСР//Вестник МГУ, сер 5, география, 1982, №3 С 28-34

12. Беркович К М, Злотина JI В., Турыкин JIА Механизм переформирования берегов Волги в Рыбинске // Эрозия почв и русловые процессы, вып 14 М, 2003. С. 131-144.

13. Боровков В С Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях JI. Гидрометеоиздат. 1989.286 с

14. Буслович A JI Тектонические структуры Вологодской области в связи с поисками полезных ископаемых //Проблемы освоения и использования природных ресурсов северо-запада России Вологда, 2002 С 13-28

15. Великанов М А Русловой процесс М : Физматгиз 1959 323 с

16. Вологодская область- административно-территориальное устройство. Справочник -Вологда: Изд-во ООО «Арника», 2002. -296 с

17. Гусаров А Внугригодовая неравномерность эрозии и стока взвешенных наносов в бассейнах малых и средних рек Русской равнины // Sediment transfer through the fluvial system. Moscow, 2004. С 111-116

18. Дедков А. П, Мозжерин В. И Эрозия и сток наносов на Земле Казань Изд-во Казанского ун-та, 1984 264 с

19. Доманицкий А П, Дубровина Р.Г, Исаева А И Реки и озера Советского Союза JI • Гидрометеоиздат, 1971 104 с

20. Железняков Г В., Барышников Н Б, Алтунин В С Влияние кинематического эффекта безнапорного потока на транспорт наносов // Движение наносов в открытых руслах М : Наука, 1970 С. 19-24

21. Зайков Б Д Средний сток и его распределение в году на территории СССР. JI: Гидрометеоиздат, 1946

22. Знаменская Н С. Донные наносы и русловые процессы JI. Гидрометеоиздат, 1976. 191 с.

23. Иваницкий Н А. Песни, пословицы, поговорки. Вологда, I960,- 228 с.

24. Иванов В В Условия формирования, гидролого-морфологические зависимости и деформации относительно прямолинейных неразветвленных русел Автореф дисс канд геогр наук. М: МГУ. 1989.

25. Камалова Е В О механизме переработки речных берегов // Вестник МГУ Сер 5, география, 1988, № з. с. 94-100.

26. Карасев И Ф Русловые процессы при переброске стока JI * Гидрометеоиздат, 1975 288 с

27. Караушев А В Теория и методы расчета речных наносов JI. Гидрометеоиздат. 1977 272 с

28. Католиков В М Экспериментальные исследования побочневого типа руслового процесса Автореф. дисс канд техн наук. Санкт-Петербург. 2000.24 с

29. Кичигин А.Н, Сергеев О Н. Рельеф поверхности дочетвертичных пород на территории Вологодской области// Вузовская наука региону. Материалы третьей всероссийской научной конференции - Вологда, ВоГТУ, 2005 С 265-269

30. Кондратьев НЕ, Ляпин АН, Попов ИВ, Пиньковский СИ, Федоров НН, Якунин И И Русловой процесс JI: Гидрометеоиздат, 1959 372 с

31. Кондратьев Н Е, Попов И В , Снищенко Б Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса JI: Гидрометеоиздат, 1982.272 с.

32. Косицкий А Г. Масштабные эффекты изменения речного стока в различных природных условиях. Автореф дисс канд геогр наук М., 2003.25 с

33. Котляков А Н Проблема разрушения берегов в нижнем бьефе Рыбинского гидроузла // Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей -V конференция-Труды М. 1999. С 328-330.

34. Кузин П С. Классификация рек и гидрологическое районирование СССР. J1 Гидрометеоиздат, 1960

35. Лавров А С., Потапенко Л М Неоплейстоцен северо-востока Русской равнины М,2005 222 с

36. Леви ИИ Инженерная гидрология М : Высшая школа, 1968.238 с.

37. Литвин Л Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России М : Академкнига, 2002 256 с

38. Лохтин В М. О механизме речного русла // В кн Вопросы гидротехники свободных рек М : Изд-во Минречфлота 1948. С. 23-59.

39. Лоция реки Сухоны. Череповец, 1950. 81 с

40. Любимов Б П Опыт составления карт размываемости покровных горных пород для целей инженерной оценки эрозии рельефа //Вестник МГУ Сер 5 География, 1978 №1.

41. Мазур И И, Молдаванов О И Курс инженерной экологии М Высшая школа, 1999.448 с

42. Маккавеев Н И Оледенения и речные долины //Эрозия почв и русловые процессы Вып 13, М: МГУ, 2001. С 260-263

43. Маккавеев Н И Русло реки и эрозия в ее бассейне М . Изд-во АН СССР, 1955.348 с

44. Маккавеев Н И Русловой процесс как одно из проявлений единого эрозионно-аккумулятивного процесса //Комплексное использование и охрана водных ресурсов Вып 1. Л: Гидрометеоиздат, 1986 С 56-65

45. Маккавеев Н И, Чалов Р С Русловые процессы М • Изд-во Московского университета, 1986 264 с

46. Маккавеев Н И, Советов В С Трассирование землечерпательных прорезей на перекатах равнинных рек Европейской части СССР // В кн Н И.Маккавеев Теоретические и прикладные вопросы почвоведения и русловых процессов М, 2003. С. 171-230

47. Малые реки Волжского бассейна М: МГУ, 1998 233 с

48. Матвеев Б В Влияние геолого-геоморфологических факторов на образование и морфологию речных излучин//Геоморфология, 1985, №3.

49. Михайлов В Н Динамика потока и русла в неприливных устьях рек М. Гидрометеоиздат, 1971. 260 с

50. Михайлов В Н, Рогов М М, Макарова Т А, Полонский В Ф. Динамика гидрографической сети неприливных устьев рек М Гидрометеоиздат, 1977 -294 с

51. Никитинский И.Ф. Поселение раннего железного века Векса I на реке Вологде// Послужить Северу. Вологда, 1995. С. 27-42

52. Пахомова О.М Гидролого-морфодинамические характеристики русел рек и порядковая структура речной сети//Автореф дисс. канд геогр наук М, 2001. 22 с.

53. Поляков М.М Проблемы управления водопользованием Вологда, 2002.-235 с

54. Прогноз изменения гидрогеологических условий под воздействием водохозяйственных мероприятий Под ред И К Невечеря, НИЗеленцовой и др. М: Недра, 1987. 195 с

55. Проектирование судовых ходов на свободных реках //Труды ЦНИИЭВТ. Вып 36. М.: Транспорт, 1964. 261 с

56. Работа водных потоков М.: Изд-во Моек ун-та, 1987. 195 с.

57. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т.З. Северный край JI, 1972 - 661 с

58. Ржаницын НА. Руслоформирующие процессы рек JI • Гидрометеоиздат 1985263 с

59. Ржаницын Н А Морфологические и гидрологические закономерности строения речной сети JI: Гидрометеоиздат, 1960 238 с

60. Русловой режим рек Северной Евразии (в пределах бывшего СССР) Под ред Р С Чалова М • МГУ, 1994 336 с

61. Сергеев ОН Обеспечение экологической безопасности при строительстве и эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов// Материалы 7 научно-технической конференции молодежи ОАО «Северные МН» Ухта, 2006 (в печати)

62. Сердитов СН Внутренние воды //Природа Вологодской области. Вологда, 1957.-С 136-180.

63. Софер М Г. Особенности образования заторов льда на реках Сухоне и Малой Северной Двине//Вестн ЛГУ, серия географическая, 1967, вып 3, №18, с 161-167.

64. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов (нефтегазопроводов) Л. Гидрометеоиздат, 1985 142 с

65. Филенко Р. А Воды Вологодской области Л, ЛГУ, 1966 131 с

66. Чалов Р.С, Завадский А С , Панин А В Речные излучины М : Изд-во МГУ, 2004 371 с

67. Чалов Р.С. Географические исследования русловых процессов М Изд-во МГУ 1979. 232 с

68. Чалов Р.С , Алабян А М, Иванов В В, Лодина Р В , Панин А В Морфодинами-ка русел равнинных рек М ГЕОС, 1998 288 с

69. Чалов Р.С , Лю Шугуан, Дпексеевский Н И Сток наносов и русловые процессы на больших реках России и Китая М: МГУ, 1999. 212 с

70. Экспериментальная геоморфология Вып 2 М. Изд-во МГУ, 1969.

71. Babinski Z. Wspolczesne procesy korytowe dolnej Wisly. Wroclaw-Warszawa-Krakow. Wyd PAN. 1992 173 s

72. Carson M A, Kirkby M J. Hillslope form and process London: Cambridge Univ. press 1972/.

73. Galay V J. Causes of River Bed Degradation // Water resources research, 1983, vol 19, No 5 P. 1057-1090

74. Graf W L The rate law in fluvial geomorphology American Journal of Science 1977, 277 P. 178-191

75. Gregory К, Walling D Human activity and environmental processes London 1987.235

76. Knighton D. Fluvial forms and processes A new perspective London, Arnold 1998383 p

77. Lohnes R A, Handy R L. Slope angles in friable loess // Journal of Geology V 76, No 3 1968

78. Page К, Nanson G. Concave-bank benches and associated floodplain formation -Earth surface processes and landforms/ 1982 Vol 7. p 529-543.

79. Schumm S A Evolution and response of the fluvial system, sedimentologic interpretations // Soc ofEcon paleont. and mineralog special publ 1981.31.19-29

80. Sedimentation research in China Beijing-China water and power press 1993.260 p

81. Simon A Adjustment and recovery of unstable alluvial channels' identification and approaches for engineering management // Earth surface processes and landforms/ Vol 20. 1995 P 611-628

82. Simon A, Hupp C.R Channel widening characteristics and bank slope development //US Geological Survey Water Supply Paper. 2290. 1986 P. 113-126