Оценка воздействия аварийных разливов нефти на окружающую среду в Кольском заливе

Активизация перевозок нефти и нефтепродуктов через акваторию Кольского залива увеличивает риск загрязнения воды

БЕРДНИКОВ С.В., ИЛЬИН Г.В., ШАВЫКИН А.А.
Мурманский морской биологический институт / Азовский филиал РАН
Мурманский морской биологический институт РАН

Активизация перевозок нефти и нефтепродуктов через акваторию Баренцева моря увеличивает техногенную нагрузку на морскую экосистему и увеличивает риск ее загрязнения. Наиболее значимыми субъектами такого риска являются рейдовые комплексы перегрузки нефти (РКП), организуемые, в частности, в Кольском заливе.

Представлены результаты воздействия аварий на РКП на экосистему Кольского залива на примере РКП в районе поселка Белокаменка (среднее колено Кольского залива). Основная и наиболее вероятная причина аварийных ситуаций, связана с нарушением герметичности трубопровода при перекачке нефти с одного танкера на другой. Прогнозируемые разливы нефти не превышают 60 м³. Анализируются случаи разлива нефти без ее возгорания.

Математическая модель для оценки масштабов загрязнения акватории и прибрежной зоны Кольского залива основана на полуэмпирических формулах Дж. Фэя (Fay, 1971), модифицированных и адаптированных к условиям Баренцева моря (Зуев, Ильин. 1996). На первом этапе оценки учитываются процессы растекания нефти по поверхности воды, дрейф пятна под действием ветра и течений, испарение легких фракций, переход части нефтепродуктов в толщу воды. Расчеты по модели ведутся до момента касания пятном береговой лини. Оценка загрязнения береговой зоны основана на расчетных характеристиках пятна нефти при достижении берега: остаточном количестве нефти, размерах пятна, средней толщине пленки.

Учет неопределенности в отношении метеорологической обстановки и стадии прилива в момент аварии реализован за счет проведения серии вычислительных экспериментов, в которых с помощью датчика случайных чисел скорость ветра выбиралась в диапазоне 2-25 м/с, направление ветра - в диапазоне 0-359 град, относительно севера по часовой стрелке, фазовый сдвиг приливно-отливного цикла в интервале 0-11 часов относительно наступления полной воды (всего было сделано около 5760 расчетов). На каждую градацию ветровых условий (направление ветра: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, 3, СЗ, скорость ветра из диапазонов: 2-5, 6-9, 10-13, 14-17, 18-20, >20 м/с) приходилось от 100 до 140 реализаций.

Для учета скорости и направления течения было проведено сеточное разбиение расчетной области равномерной сеткой с шагом 100 м. На акваторию рассматриваемой части залива приходится 6143 расчетных ячеек 100x100 м. Для ввода в модельные уравнения характеристик течений были использованы карты суммарных течений на поверхности, дающие значения скорости и направления течений в сизигию и квадратуру для каждого водного часа в течение полусуточного приливного цикла.

Из-за локальных особенностей гидрологического режима в рассматриваемом районе на всех стадиях приливного цикла течения направлены на северо-восток-восток, скорость изменяется от 0.2-0.4 узлов (прилив) до 1.2-1.4 узла (отлив). Поэтому при скорости ветра 2-5 м/с вклад течений в дрейф пятна нефти превышает 60 %, при ветре до 10 м/с вклад течений в дрейф пятна нефти соизмерим с влиянием ветра. При большей скорости ветра направление дрейфа пятна слабо отклоняется от направления ветра.

Разлив нефти происходит через три часа после момента наступления полной воды. Пятно дрейфует к берегу по направлению ветра и на восток под влиянием течений. В результате пятно нефти сильно смещается на восток и достигает противоположного берега (пос. Сафоново).

Загрязнение водной толщи начинается не сразу, а по мере того, как толщина слика достигает некоторой критической величины. После касания краем пятна берега, оно будет ветром прижато к нему. Часть нефти на последующих стадиях прилива будет выброшена на берег, другая часть будет находиться в прибойной зоне. При этом нефть (в форме отдельных конгломератов) может мигрировать вдоль берега под действием вдольбереговых течений, зона загрязнения берега будет расширяться (если не принять мер по сбору нефти, достигшей береговой зоны).

В проведенных модельных расчетах для каждой реализации гадрометеоусловий фиксировался участок касания краем пятна береговой черты (соответствующий узел сеточной области, а также точки вправо и влево на половину максимального размера пятна в момент касания). Вероятность загрязнения того, или иного участка зависит от повторяемости ветровой ситуации.

Воздействие на водные ресурсы. В целом, преобладающая в среднем колене залива гидрометеорологическая ситуация обусловливает относительно быстрое перемещение нефти к берегу. При разливе нефти на РКП в районе пос. Белокаменка максимальное время пребывания нефтяного пятна на водной поверхности (свыше 16 часов) может наблюдаться при северо-восточном ветре скоростью 2-5 м/с, т.к. направление действия ветра и течений на всех стадиях приливного цикла противоположно. Практически при любой гидрометеорологической ситуации нефтяное пятно достигнет берега в консолидированном состоянии. Нефтяное пятно не успевает существенно диссипировать и сильно загрязнить водную толщу. Только при слабых ветрах северо-восточного румба можно ожидать, что к концу дрейфа пятно будет разделено на отдельные фрагменты. В береговую зону попадет более 80 % первоначально разлитой нефти. Испарение легких фракций нефти по пути дрейфа пятна нефти относительно невелико, и в большей части ожидаемых гидрометеорологических ситуаций составляет 1-5 %.

Испарение увеличивается до 12-16 % при слабых ветрах северного, северо-западного, западного и северо-восточного румбов за счет длительного времени пребывания на водном зеркале залива до касания берега. С ростом скорости ветра размеры пятна вдоль его оси увеличиваются и могут составлять несколько (до 4) километров, определяя максимальные размеры загрязнения прибрежной зоны в районе касания пятном берега. Плотность загрязнения берега остаточными наиболее вязкими компонентами нефти может изменяться от 10 до 510 кг/пм.

Количество рассеянной в воде нефти в значительной степени зависит от морфологии залива, направления ветра и пропорционально скорости ветра. Наиболее неблагоприятным оказывается ветер восточного и западного направлений. При умеренных ветрах этих румбов 6-13 м/с в воде рассеивается от 7 % до 8 % пролитой нефти. Для остальных направлений ветра количество диссипировавшей в воду нефти и загрязненная площадь значительно меньше. Максимальная площадь загрязнения будет наблюдаться при западном ветре и составит до 4.4 км². Связанное с переходом в воду нефти увеличение концентраций нефтеуглеводородов рассчитывается для слоя 0-1 м. Возможное повышение концентрации нефтеуглеводородов. связанное с переходом нефти из поверхностной пленки в воду составит 10-15 ПДК в слое 1 м. Экспериментальные измерения показали, что процесс растворения нефти заметен уже через 1 час после её разлива. В естественных условиях залива, при длительной экспозиции и значительном ветре (18 м/с) концентрация нефти увеличилась на 1.9 мг/л (IlyinetaL 1995).

Воздействие на прибрежную зону Риск локального загрязнения распространяется практически на все побережье среднего колена и на северную часть южного колена. Максимально удаленные северные участки береговой зоны подвержены риску загрязнения при слабом ветре западного, северо-западного румбов. Размеры пятна по оси действия ветра и протяженность загрязненного нефтью участка береговой линии при этом будут минимальными. С ростом скорости ветра пятно вытягивается. При сильном западном ветре протяженность загрязненных участков может быть более 4 км.

Береговая зона среднего колена Кольского залива представлена скалистыми участками, валунно-галечными и песчаными пляжами, каменно-илистыми литоральными отмелями. Естественные ландшафты чередуются с участками техногенных ландшафтов. Выброшенная на береговую отмель нефть будет проникать между галькой, в песок, в межвалунное пространство, что может существенно повлиять на функционирование экосистем ваттов, «литоральных ванн» и мелководных лагун. Как показывают имеющиеся наблюдения, литоральные водоросли и некоторые животные (гамарусы, балянусы, двустворчатые моллюски) способны длительное время переносить нефтяное загрязнение. Однако точных количественных данных по этому вопросу нет (Shchekaturina et al., 1995: Gudimov et al., 1995).

При сложившейся розе ветров, в среднем колене залива наибольшему риску загрязнения может быть подвержен участок западного берега близ губы Кулонга. Берег в этом районе характеризуется обширными участками песчано-каменной литорали с естественным ландшафтом с обильной эпи- и инфауной. На этот участок (при соответствующем ветре) поступит 98.7 - 99.4 % маловыветренной нефти.

Аварийный разлив и увеличение концентрации нефти в воде вызовут адекватный рост концентраций ее компонентов в донных отложениях Кольского залива

Воздействие на донный осадок. Аварийный разлив и увеличение концентрации нефти в воде вызовут адекватный рост концентраций ее компонентов в донных отложениях. Однако интенсивность роста концентрации нефтепродуктов в осадке будет зависеть от количества и характера взвеси во время аварийного разлива. Крупнозернистая минеральная взвесь, в отличие от биогенной, будет намного быстрее попадать в осадок и меньше разноситься по акватории залива. Для среднего колена Кольского залива характерно невысокое содержание взвеси, количество которой варьирует в течение года. Максимальная концентрация терригенной взвеси наблюдается в осенний период с началом дождей.

Максимальные выпадения нефтяных остатков на дно будут наблюдаться при слабом и умеренном ветрах западного или восточного направлений и, соответственно, при долгой продолжительности существования нефтяного пятна. По экспериментальным данным рост загрязненности донных отложений в слое 1 см может составить 7.7 мг/кг сухого осадка при высокой концентрации взвеси в воде (Нельсон-Смит, 1977; Rytkonen et al., 1995).

Воздействие на биоту. В период вегетации разлив нефти вызовет на некоторое время снижение первичной продукции за счет торможения фотосинтезирующих способностей микроводорослей и снижения численности клеток фитопланктона. В соответствии с модельными расчетами время экспозиции пятна при аварийном разливе составит от 20 мин. до 16.2 часа, а содержание нефти в воде может возрасти от незначительных величин до 1.5 мг/л. Воздействие такой концентрации в период вегетации приведет к снижению численности клеток и первичной продукции на локальном участке акватории в течение нескольких дней (Нельсон-Смит, 1977; Ilyin et aL, 1995). Зоопланктонному сообществу наибольший ущерб может быть причинен в июне и сентябре, в периоды максимального развития организмов. В целом, для среднего колена Кольского залива с экотонным типом пелагической экосистемы воздействие аварийного разлива на планктонное сообщество будет слабым и будет выражено на локальном участке акватории.

Возникновение аварийного разлива и некоторое увеличение уже относительно высоких фоновых концентраций может привести к уменьшению обилия и структуры бентоса. Снижение биомассы может составить около 20-25 % (Нельсон-Смит, 1977). С учетом того, что загрязняемая площадь невелика, воздействие на бентофауну будет локальным.

Из встречающихся в Кольском заливе рыб 72.5 % обитают в придонных водах. где воздействие нефтеразлива будет минимальным по сравнению с придонным слоем. Более значимую экологическую опасность будет иметь загрязнение воды в период с мая по октябрь, в период нерестового прохода лососевых рыб. Хотя рыба может избегать образовавшиеся линзы загрязненной воды, все же загрязнение может внести кратковременные нарушения в поведенческие реакции проходных рыб в адаптационный период.

Наибольшее негативное влияние аварийный разлив может оказать на птиц. Опасность ущерба будет иметь место и в период дрейфа нефтяного пятна на акватории и в период его пребывания в береговой зоне, так как эта зона активно используется куликами и птицами-ныряльщиками (гаги, бакланы, морские утки), собирающими на литоральных отмелях амфипод и моллюсков. Максимальное негативное воздействие на авиафауну аварийные ситуации окажут в зимний период, при максимальной численности в заливе водоплавающих птиц.

Таким образом, наиболее вероятным результатом аварийного разлива нефти на РПК в районе пос. Белокаменка будет загрязнение берегов, литоральных отмелей и прибойной зоны. Максимальным риском загрязнения выделяются участки западного берега от Кулонга до мыса Филинский. Загрязнение этого участка берега вызовет наиболее заметное негативное экологическое воздействие на экосистему среднего колена Кольского залива. Ограничительные мероприятия ЛАРН позволяют предотвратить или значительно сократить размеры возможного загрязнения береговой линии.

Литература
Зуев А.Н., Ильин Г. В. Оценка вероятности загрязнения акватории и побережья юго-восточной части Баренцева моря при разливе нефти в районе Приразломного месторождения // Экосистемы, биоресурсы и антропогенное загрязнение Печорского моря. Апатиты: КНЦ РАН. 1996. 162 с.
Нельсон-Смит А., Нефть и экология моря. М.: Прогресс. 1977. 302 с.
Fay J. A. Physical processes in the spread of oil on a water surface. // Proceeding of the Joint Conference on Prevention and Control of Oil Spills. Washington, DC. American Petroleum Institute. 1971. P. 117-125.
Ilyin GV, Makarevicht P.R., Larionov V.V., Shirokolobova O.V. Reaction of natural pelagic community in the bassins at testings of absorbents and biosorbents // Seminar on Biotechnology for Marine Oil Spills and Contaminated Soils in Cold Climate. Finland. Espoo. 1995.IY/2.P.1-17.
Gudimov A.V., Petrov V.S., Frolova E.A. Distribution and dinamiks of bottom invertebrates in experiment with oil biosobents // Seminar on Biotechnology for Marine Oil Spills and Contaminated Soils in Cold Climate. Finland. Espoo. 1995. II/5. P. 1-10.
Rytkonen J., Liukkonen S., Matishov G., Petrov V., Ilyin G, Gudimov V., Shchekaturina T. The conclusions of oil combatting by absorbents and biosorbent in the ice and cold conditions // Seminar on Biotechnology for Marine Oil Spills and Contaminated Soils in Cold Climate. Finland, Espoo. 1995. IY/5. P. 1-14.
Shchekaturina T.L., Ilyin G V., Petrov V.S. Accumulation oil hydrocarbons by mussels duringexperiment with absorbents and biosorbents // Seminar on Biotechnology for Marine Oil Spills and Contaminated Soils in Cold Climate. Finland, Espoo. 1995. II/4. P. 1-8.

Материалы международной конференции "Нефть и газ арктического шельфа - 2004"