Каспийское море. Экологические проблемы

Экологические проблемы

Негативное воздействие  на экологию моря оказывают:

1) нефтегазовый комплекс (разведка, добыча, транспорт, переработка  нефти);

2) предприятия химической, металлургической, обрабатывающей  промышленности, энергетического комплекса,  пищевой промышленности, сельского  хозяйства, коммунальной службы;

3) загрязнение под влиянием  колебания уровня моря, подтопления  суши и осушения берегов.

1. Наибольшее неблагоприятное  экологическое воздействие на  территории Северного Прикаспия  связано с освоением Карачаганакского  нефтегазоконденсатного месторождения,  имеющего высокое содержание  сернистых примесей, которое зачастую  ведется с грубыми нарушениями  природоохранных требований. При  этом выводятся из сельскохозяйственного  оборота большие площади земель, выбрасываются в атмосферу тысячи  тонн вредных веществ, в том  числе сернистый ангидрид и  сероводород [Проблемы экологии в Казахстане. // Саяхат.-2002. № 7. C. 4-5]. Сера после очистки нефти, складированная на открытом воздухе, при определенных климатических условиях может перейти во многие вредные химические соединения и оказать отрицательное воздействие на природную среду [Сериков Ф.Т., Оразбаев Б.Б. Экологический мониторинг казахстанского секторов Каспийского моря и месторождения Тенгиз. //Высшая школа Казахстана.- 2002.- № 3. С. 116-127].

В Атырауской области в  шельфовой зоне Каспия более 30 лет  эксплуатируются надсоляные месторождения  Гран, Мартыши, Жанаталап, Бузучи, Каражанбас, с 1993 г. – Тенгиз. В состав выбросов входят углеводороды, сероводород, окислы серы, азота углерода. Эти вещества попадают в атмосферу, адсорбируются  подстилающей поверхностью, чем изменяют природные условия существования  биоты. Анализ воды Каспийского моря вдоль Тенгизского побережья  показывает, что кроме нефтяных загрязнений  в воде идет накопление синтетических  поверхностно–активных веществ, фенолов, нефтепродуктов и тяжелых металлов, которые занимают особое место среди  загрязняющих веществ, так как не подвергаются химической и биологической  деградации, а в повышенных концентрациях  оказывают пагубное влияние на водные экосистемы [Кенжегалиев А.К., Хасанова А.А., Моисеева Г.П. Экологическое состояние Атырауской области в связи с промышленным освоением шельфа Каспийского моря. //Вестн. Атырауского Института нефти и газа.-2002.- №1-2. С. 171-173].

2. Большая проблема загрязнения  Мангыстауской области связана  с добычей урановой руды и  ядерной энергетикой на ее  территории. В результате нарушения  экологических норм остались  открытыми урановые карьеры, озеро–хвостохранилище  Кошкарата, масса свалок, являющихся  источниками радиоактивного загрязнения.  Кошкарата представляет собой  бессточную впадину, в которую  в 1965 г. было свалено и слито  более 400 млн.т токсичных и радиоактивных  отходов перерабатывающих производств,  в том числе 105 млн.т отходов  уранового производства [Бутырина Н. Запрещенные игры с природой. Природа не прощает ошибок. //Caspian Research. –2002. -№4.С. 84-86].

В Казахстане практикуется захоронение отходов бурения, представляющих собой полужидкую массу и твердый  осадок, непосредственно в шламовых амбарах на территории буровой после  предварительного высыхания их содержимого. Однако такое захоронение не предотвращает  загрязнения природной среды, так  как содержащиеся в отходах загрязнители вследствие подвижности и высокой  проникающей способности мигрируют  в почвогрунты, вызывая в них  отрицательные процессы [Кудайкулова Г.А., Земцева М.Б. Полигоны захоронения отходов бурения – самый доступный метод их ликвидации. //Промышленность Казахстана. – 2003. - № 3 (18).С. 60-63].

3. Особенности формирования  верхнего этажа подземных вод  и развитие подтопления на  побережье Каспийского моря определяются  в основном интенсивностью техногенного  освоения территории в данных  природных условиях. Исследования  гидрогеологической обстановки  позволяют утверждать, что колебания  уровня Каспия, происходящие последние  20 лет, практически не влияют  на развитие подтопления в  регионе, поскольку процесс сформировался  задолго до начала подъема  уровня под влиянием таких  техногенных факторов, как оросительные  системы и застройка. Поскольку  процесс подтопления происходил  на протяжении длительного периода  времени на настоящий момент  оказались затопленными территории  большой площади. Это коренным  образом изменило экологическую  обстановку в регионе. Поэтому  в дальнейшем целесообразно прогнозировать  не увеличение зоны подтопления  при подъеме уровня, а изменение  экологической и экономической  ситуации. Опасность дальнейшего  развития процесса на изучаемой  территории должна определяться  экономическим и экологическим  ущербом [Казакова И.Г. Особенности развития подтопления на Российском побережье Каспийского моря. 4-й Междун. конгресс «Вода: экология и технология», ЭКАВТЭК–2000, C. 239].

Колебания уровня моря и  нагонные явления вызывают в окружающей среде ряд негативных экологических  процессов, влияющих на состояние и  характер почвенного и растительного  покрова, загрязнение воздуха и  создающих угрозу возникновения  потенциальных техногенных землетрясений [Проблемы экологии в Казахстане. // Саяхат.-2002. № 7. C. 4-5]. По мере повышения уровня моря значительно сократилась площадь приморского солончака, произошло повышение уровня грунтовых вод и перемещение галофитного пояса растительности вверх по профилю с более засоленных грунтов на менее засоленные. Такой переход характеризует увеличение засоления поверхностного слоя почвы [Кулешова Л.В. Методы количественной оценки динамики растительности на побережье Каспийского моря при изменении его уровня. 3-й Междун. конгресс «Вода: экология и технология», ЭКАВТЭК – 1998, C. 80-81] и ведет к опустыниванию земель. Наиболее действенным фактором опустынивания является антропогенная реорганизация экосистем региона [Акиянова Ф.Ж., Нурмамбетов Э.И., Курочкина П.Я. и др. Опустынивание казахстанской части Прикаспия. //Проблемы освоения пустынь.- 2001.- № 2.- С. 12-19]. В настоящее время происходит потеря высокопродуктивных нерестилищ ценных пород рыбы в низовьях дельты Волги, по сравнению с 1983 г. ее уловы снизились в 8-10 раз.

В результате резкого подъема  уровня моря усилились нагонные явления - волны высотой более 3 м распространяются вглубь побережья на расстояние более 20 км; разрушаются берега со скоростью  до 10 м/год; затапливаются земли со скоростью 1-2 км/год; разрушены, либо находятся  под угрозой разрушения целые  кварталы жилых строений, промышленные, энергетические и бытовые предприятия, транспортные коммуникации [Казмирук В.Д. Современные гидроэкологические проблемы дельты Волги и Северного Каспия. 4-й Междун. конгресс «Вода: экология и технология», ЭКАВТЭК–2000, C.84]. Нагоны создают аварийные ситуации на нефтепромыслах, в результате чего загрязняется нефтепродуктами морская акватория.

Затопление и подтопление  населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, оросительных систем, нефтепромыслов, дорог, линий электропередачи и  очистных сооружений приводит к дополнительному  загрязнению поверхностных и  подземных вод токсичными веществами и нефтепродуктами, ухудшаются условия  питьевого водоснабжения [Казмирук В.Д. Современные гидроэкологические проблемы дельты Волги и Северного Каспия. 4-й Междун. конгресс «Вода: экология и технология», ЭКАВТЭК–2000, C.84]. В пределах Западного Казахстана выделено свыше 140 потенциальных источников загрязнения подземных вод, из них более 50 зафиксированы как уже действующие опасные и умеренно опасные загрязнители вод хозяйственно-питьевого назначения [Притчин А.И., Исак Е.А. Экологические аспекты использования подземных вод Западного Казахстана. // Молодые ученые к 10- летию независимости Казахстана: Тр. Междунар. конф.- Алматы: КазНТУ, 2001. ч.2.С. 274-277].

Таким образом, техногенное  воздействие носит всеобъемлющий  характер и приводит к изменению  атмосферы, режима поверхностных и  подземных вод, преобразованию ландшафтов, созданию геохимических и тепловых аномалий с нарушением внутреннего  равновесия недр.

Оценка влияния  повышения уровня Каспийского моря

на формирование грунтовых вод в прибрежной зоне

методами моделирования

Подъем уровня воды в Каспии приносит существенные убытки народному  хозяйству. Затапливаются промышленные объекты, пастбища. Выводятся из строя  орошаемые массивы. В свою очередь, объекты нефтегазового комплекса  становятся источником загрязнения  прибрежной зоны, что несет в себе потенциальную опасность биологическим  ресурсам моря. Повышение уровня воды в Каспии вызывает подъем уровня грунтовых  вод. Следствием этого является заболачивание  территорий, подтопление фундаментов  жилых и промышленных объектов, линий  электропередач, трубопроводов. В соответствии с данными Научно-исследовательского института мониторинга окружающей среды Республики Казахстан прогнозное положение уровня воды в Каспии с  различной степенью вероятности  может достичь абсолютных отметок  от -26 до -22м. Для оценки влияния наблюдающегося подъема уровня Каспийского моря на положение поверхности грунтовых  вод выполнялось моделирование  гидрогеологических условий побережья. Была создана трехуровневая система  взаимосвязанных моделей, структура  которой показана на рисунке.

Система моделей Казахстанской  части побережья Каспийского  моря

1 - региональная модель; 2 - модель низовьев реки Урал; 3 - модель г. Атырау

Как видно, она состоит  из региональной модели Казахстанской  части побережья Каспийского  моря масштаба 1: 500 000, модели низовьев р.Урал масштаба 1:200000 и модели подземных  вод г.Атырау масштаба 1:10000.

Воспроизведение гидрогеологических условий на период 1977 г. осуществлялось путем решения на каждой модели обратной стационарной задачи. В процессе решения  уточнялись значения площадного питания  и разгрузки, потоки по внешним границам I-го и II-го рода, фильтрационные свойства водовмещающих пород. Критерием  адекватности моделей реальным гидрогеологическим условиям являлось совпадение отметок  уровней подземных вод, замеренных по скважинам и полученных на моделях. Точность решения задавалась равной: для региональной модели - 2 м, для  модели второго уровня — 1 м, для  модели третьего уровня — 0.5 м. Результаты решения представлены на рисунке.

Совмещенные карты гидроизогипс (результат решения обратной стационарной задачи):

A - северного побережья  Каспийского моря, B - низовьев р.Урал, C - района г.Атырау

1 - исходное положение  гидроизогипс по состоянию на 1977 г.; 2 - положение гидроизогипс, полученное  на модели; 3 - контуры задания  граничных условий I рода; 4 - р.Урал, схематизированная граничными условиями  I рода; 5 - контуры задания граничных  условий II рода; 6 - контуры модели-врезки  первого уровня; 7 - контуры модели-врезки  второго уровня; 8 - контуры территории  г.Атырау; 9 - береговая линия Каспийского  моря 

На региональной модели рассчитывались 6 вариантов прогнозов для отметок  уровня моря - 27, -26, -25, -24, -23, -22 м. Прогнозирование  выполнялось сроком на 30 лет. Предполагалось, что повышение уровня Каспия происходит мгновенно. Полученные прогнозные карты  гидроизогипс приведены на рисунках. На картах показаны также области  подпора подземных вод в прибрежной зоне.

Прогнозная уровенная  поверхность подземных вод 

Казахстанской части побережья  Каспийского моря

по состоянию на 2028 год  при абсолютной отметке уровня воды в море -27 м

Анализ полученного решения  показывает, что в результате возможного дальнейшего подъема уровня Каспийского  моря под водой окажутся обширные территории. В настоящее время  их общая площадь в пределах моделируемой области составляет 14.8 тыс. кв.км (при  отметке моря - 27м). При уровне -22 м  она увеличится до 37.3 тыс. кв.км.

Сопоставляя результаты разных вариантов прогноза, можно сделать  вывод, что как правило, ширина зоны подпора не превышает 5 - 10 км. Ее положение  в плане определяется в первую очередь задаваемым прогнозным уровнем  воды в Каспии (т.е. вариантом прогноза) и рельефом прибрежной зоны. Величина прогнозного подъема уровня грунтовых вод по сравнению с его положением в настоящее время (при отметке Каспия -27 м) составляет в основном не более 30-50 см, и лишь в непосредственной близости от береговой линии она увеличивается до 1-2 м, редко до 3-4 м. Эта величина зависит в значительной степени от абсолютных отметок уровенной поверхности грунтовых вод в прибрежной зоне для ненарушенных условий. Для участков с низкими отметками прогнозные повышения уровней больше.

Определенную роль в формировании уровенного режима грунтовых вод  прибрежной части играют нагонные явления. На объемы поступающей при этом в  водоносный горизонт морской воды влияет продолжительность нагона, его высота, крутизна берега и площадь затапливаемой  территории, мощность зоны аэрации  и ее фильтрационные свойства. Опытным  путем зафиксированы краткосрочные (от 6 до 20 суток) повышения уровня грунтовых  вод, амплитуда которых составляет 0.1-0.4 м. Оценка влияния нагонных явлений  на грунтовые воды была выполнена  также на модели территории г.Атырау [Веселов В.В., Мирлас В.М., Паничкин В.Ю. Прогноз уровня грунтовых вод под влиянием подпора со стороны Каспийского моря // Каспийское море и его прибрежная зона. Алматы: ”Олке”, 1995. с.84-90], [Веселов В.В., Спивак Л.Ф. Основы структурного моделирования гидрогеосистем. Алматы: Гылым, 1997. 216 с]. Принималось, что величина нагона в районе г.Атырау составляет 1.95 м. Продолжительность нагона - 5 суток. Прогнозировалось изменение УГВ в течение трех месяцев после нагона. Методика решения заключалась в следующем. В течение 5 суток отметка воды в р.Урал поднималась на величину нагона с -26.84 (1993г.) до -24.89 м. Затем отметка уровня воды в р.Урал возвращалась на прежний уровень. Анализировались результаты расчета на 1, 3, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 95 суток после начала нагона. Было установлено, что краткосрочные нагоны не могут вызвать существенного подъема уровня грунтовых вод на территории города. Они обуславливают подтопление только узкой прибрежной зоны на расстоянии до 100м от уреза реки. Причем в течение трех месяцев после нагона происходит практически полное возвращение уровня грунтовых вод к своему прежнему положению.