СПОСОБ ОЦЕНКИ УЯЗВИМОСТИ ПРИБРЕЖНО-МОРСКИХ ЗОН ОТ НЕФТИ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ДРУГИХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ПОСТРОЕНИЯ СООТВЕТСТВУЮЩИХ КАРТ УЯЗВИМОСТИ Российский патент 2015 года по МПК G01V99/00 

Изобретение относится к области охраны окружающей природной среды, а именно к оценке наиболее уязвимых объектов в прибрежно-морских зонах и отдельных их участков (экологически уязвимых участков, социально-экономических объектов, особо охраняемых природных территорий) с целью их защиты этих участков/объектов при планировании операций по ликвидации возможных аварийных разливов нефти (планов ЛРН), а также в ходе самих таких операций. Кроме того, полученные карты уязвимости могут быть использованы в различных природоохранных целях.

Известен способ геоэкологического мониторинга с интегрально-комплексной оценкой индекса экологической опасности среды по патенту РФ №2423727 С2 от 22.09.2008, опубл. 27.03.2010. Согласно изобретению выделяют экологически опасные токсично-загрязненные и сейсмоопасные участки среды, проводят геоэкологический мониторинг с интегрально-комплексной оценкой индекса Io экологической опасности среды. Делают вывод о результатах мониторинга по интегрально-комплексной оценке (ИКО) индекса Io экологической опасности, используя результаты химического анализа проб донных отложений и воды. Причем отбирают пробы по выбранной сетке исследования площади исследуемой среды. Используют нормальные и градиентные геофизические i-поля на площади среды на основе: безразмерного среднеквадратического параметра распределений Ii, равного произведению показателей степени риска Ri, и частоты (размах) Ωi его проявления. Причем значения определяют отдельно для каждой компоненты Ii индекса Io, при этом Ii рассчитывают по указанной в патенте формуле. Данный способ не предназначен для оценки возможных загрязнений вследствие аварий и выработке мер по их ликвидации и защите экологически уязвимых социально-экономических объектов.

Широко применяемым в мире способом оценки экологической чувствительности при возможных разливах нефти является метод ESI, заключающийся в создании карт экологической чувствительности путем классификации береговой линии в сочетании с отображением чувствительных объектов (для природы и человека) по рекомендациям международных организаций IMO и IPIECA (IPIECA/IMO (1994). Sensitivity Mapping for Oil Spill Response. Joint IPIECA/IMO oil spill report series, Volume 1). В соответствии с ним возможные разливы относят к нескольким уровням: 1-й уровень - небольшие локализованные разливы; 2-й уровень - разливы среднего масштаба; и 3-й уровень - крупномасштабные происшествия; в соответствии с объектом разлива и этапами ЛРН рекомендуют использовать различные масштабы карт. Диапазон масштабов карт, который можно использовать для ликвидационных мер 1-го уровня, например, для очистки определенного участка побережья, могут иметь масштаб до 1:10 000, тогда как стратегические карты для начального этапа ликвидации разливов 3-го уровня должны быть, примерно, масштаба 1:1 000 000. Масштаб промежуточных карт может превышать или быть меньше 1:100 000, то есть разница между диапазоном масштаба одного типа карт и другого составляет примерно один порядок величины. На карты должны быть нанесены следующие типы информации (причем ее детальность для каждого масштаба карт будет отличаться):

1. Типы берегов классифицируют по уязвимости их к действию нефти, используя индекс экологической чувствительности (ESI) как правило, основанный на первоначальном индексе описанном (Gundlach Hayes, 1978), где типы берегов ранжируются по 10-ти бальной шкале. В основе индексов ESI лежат базовые принципы, суть которых в том, что чувствительность к нефти возрастает по мере увеличения защищенности берега от воздействия волн, проникновения нефти в подстилающий слой почвы, времени естественного удержания нефти на берегу и биологической продуктивности береговых организмов. Однако цифры на шкале не представляют собой фактической чувствительности. Индекс ESI является удобным способом суммирования информации, но не берет в расчет использование берега дикой природой или людьми.

2. Чувствительные биологические ресурсы и ресурсы, необходимые для пользования человеком наносятся на карты в виде полигонов с границами распространения и мест нахождения учитываемых объектов с соответствующими условными обозначениями. Цель картирования чувствительных ресурсов не картирование всех видов животных и растений, обитающих на береговой линии, или идентификация всех предприятий и прибрежной деятельности, а выявление особо чувствительных видов или групп видов биоты или типов деятельности и районов, где может быть потенциальный разлив нефти и которые могут испытывать наибольшее негативное воздействие в результате такого разлива. Выделяют следующие группы чувствительных ресурсов:

- местообитания ниже приливно-отливной зоны (коралловые рифы, растительный слой морского дна, слой бурых водорослей);

- чувствительные виды и районы, представляющие особый интерес, т.е. на картах должны быть показаны зоны наивысшей уязвимости видов дикой природы (площади питания и размножения), а также пляжи, служащие пристанищами для колоний морских птиц, эстуарии, важные для мигрирующих береговых птиц и используемые как лежбища тюленей. Особо следует выделять места, важные для редких или исчезающих видов, потому что возникает риск, что сильное воздействие разлива может серьезно истощить целую популяцию видов. Картирование биологических ресурсов должно также учитывать сезонность, предпочтение оказывается представлению информации по месяцам;

- социально-экономические особенности, включают в себя неживые ресурсы, которые могут повреждаться прямым воздействием аварийного разлива нефти, испытывать отрицательное экономическое воздействие в результате загрязнения, а также, если эта местность на момент аварийного разлива ценная для доступа и проведения определенных видов деятельности (гавани, причалы; районы рыболовства, аквакультуры и разведения моллюсков; промышленные объекты; туристические и спортивные ресурсы; места культурно-исторического и научного значения на берегу или вблизи его.

3. Особенности ликвидации разлива нефти, так как для целей практической ликвидации разлива полезно знать: где могут быть использованы диспергенты, а где их не следует использовать; где можно развернуть боновые заграждения и места постоянной швартовки бонов; к каким береговым зонам, отличающимся низкой уязвимостью, можно было бы, при необходимости, направить нефтяное пятно для защиты районов высокой экологической чувствительности; места с пунктами подъезда.

Рекомендации IMO/IPIECA по оформлению карт уязвимости: следует строить черно-белые карты в формате А4 для возможности их копирования и передачи по факсу; использовать условные обозначения общего назначения, не создающих противоречий и не вводящих в заблуждение; учитывать сезонность. Рекомендуется использование системы GIS, что дает преимущество при разработке карт и планировании действий в чрезвычайной обстановке разлива нефти.

Данный метод на основе использования ESI широко применяется в различных модификациях во многих странах. Недостатки этого метода следующие: 1) цифры ранжирования типов берегов по 10-балльной шкале не представляют собой фактической количественной чувствительности; индекс ESI является удобным способом суммирования информации, но не берет в расчет использование берега и прибрежной акватории дикой природой или людьми; 2) разработать индекс ESI для среды обитания ниже приливно-отливной зоны (коралловые рифы, растительный слой морского дна, слой бурых водорослей) по данному способу практически невозможно, обширным участкам акватории, прилегающим к береговой линии, соответственно никакие индексы уязвимости не присваиваются; 3) отсутствуют сезонные карты распределения биоты, учитывающие ее присутствие в районе в разные сезоны (месяцы).

Известен способ создания карт экологически уязвимых зон и районов приоритетной защиты акваторий и берегов России, реализуемый специалистами ОАО «Экопроект», алгоритм которого изложен в главе монографии (Погребов В.Б. Интегральная оценка экологической чувствительности биоресурсов береговой зоны к антропогенным воздействиям // Основные концепции современного берегопользования - Монография. СПб.: РГГМУ, 2010, т.II. С.43-85; далее ссылка (Погребов, 2010) и в методическом пособии («Методические подходы к созданию карт экологически уязвимых зон и районов приоритетной защиты акваторий и берегов Российской Федерации от разливов нефти и нефтепродуктов» 2012 г. http://www.wwf.ru/data/publ/478/wwf_oil_net.pdf далее ссылка (WWF, 2012), подготовленном группой специалистов при финансовой поддержке WWF-Россия. В соответствии с этим методом составляют карты распределения важных экосистемных компонент (биотических компонент), эти данные представляются отдельным слоем в ГИС, на картах задают области (полигоны) ранжированного распределения обилия выбранных важных экосистемных компонент. Составляют тематические сезонные карты по каждому виду/группе видов биоты, определяют данные о распределении объектов (показатели его обилия) для каждого полигона тематической карты. Далее для каждого объекта тематического слоя в. соответствующие поля таблицы свойств выносят сведения о наличии объекта на данной территории в данный сезон, и/или показатели его обилия. Проводят перевод количественных показателей в ранги. Карты-схемы в дальнейшем представляют в виде отдельных «слоев» в ГИС. В качестве отдельного слоя создается регулярная сетка, размеры ячей которой определяются исходя из минимальных размеров контуров на картах-схемах. Производят сложение карт внутри группы важных экосистемных компонент (биоты), имеющих одинаковый коэффициент уязвимости. Умножают данные о распределении группы биоты в каждом полигоне соответствующей группы важных экосистемных компонент на коэффициент уязвимости и проводят сложение всех полученных отдельно карт распределения биоты. В качестве основных используются данные о распределении организмов, составленные для наиболее важных видов или групп видов преимущественно посезонно.

Недостатки данного способа: 1) в исходных картах распределения биоты границы полигонов - районов распределения групп/подгрупп/видов биоты заменяются ячейками регулярной сетки, что в итоге искажает реальные границы районов уязвимости, и не позволяет ликвидаторам строить корректные планы действий по использованию средств ликвидации разливов нефти; 2) при оценках коэффициентов уязвимости различных компонентов морских экосистем к основным видам воздействия учитывается только чувствительность компонентов и их восстанавливаемость, и не учитывается (нет в описании методики) различное потенциальное воздействие разных типов нефти на тот или иной биотический компонент экосистемы (Погребов, 2010), то есть принимается, что уязвимость групп биоты к разным типам нефти одинакова, что снижает точность оценки экологической уязвимости; 3) не описан и не ясен алгоритм деления итогового диапазона уязвимости на поддиапазоны (размеры интервалов (поддиапазонов) уязвимости не формализованы, а определяются экспертами (WWF, 2012); 4) ранжирование итоговых карт проводят по всем сезонам одновременно с тем, чтобы оценочная шкала учитывала сезонную изменчивость (Погребов, 2010); это часто может приводить к тому, что в отдельные сезоны (зима, осень) те или иные ранги (обычно 5 и 4 или, наоборот, 1 и 2) могут отсутствовать, что затрудняет использование таких карт в планах ЛРН; 5) для групп биоты дается два разных коэффициента уязвимости от нефти: для нефтяной пленки и диспергированной нефти (Погребов, 2010), что запутывает ситуацию, т.к. возможно одновременное присутствие и пленки и диспергированной нефти.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ, изложенный в Методических рекомендациях по разработке и построению карт экологической уязвимости от нефти берегов, прибрежных зон и акваторий морей (ММБИ КНЦ РАН, гос. рег. №01201165651 от 09.06.2011 г, в рамках Гос. контракта №16.420.12.2007 http://fcp.ocean.ru/component/option,com_docman/task,doc_view/gid,839/). Способ состоит из нескольких этапов. Сбор исходных данных и построение карт распределения биоты. Производят сбор таких данных из известных опубликованных или неопубликованных баз данных, сбор экспертных оценок специалистов в данной области исследований для отдельных участков, для которых отсутствуют данные экспедиционных исследований и материалы в базах данных; вводят всю собранную информацию в картографическую электронную БД. В эту БД вносят данные существующих топографических карт, лоций, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации.

Для заданного картографируемого района производят построение исходных сезонных карт или карт по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ) B^j - численности на единицу площади или плотности биомассы групп/подгрупп/видов, где j - индекс, обозначающий соответствующую группу/подгруппу/биоты: i - ихтиопланктон, а - макрофиты (фитобентос), z - зообентос, f - рыбы, b - птицы, m - морские млекопитающие. Проводят нормировку полученных карт: все значения плотности на полученных картах делятся на максимальное за весь год значение того показателя, которое на них присутствует (B^jmax)_y, где B^j - биомасса или численность j-ой группы на единицу площади, индекс «y» означает, что данные относятся ко всему году. Число градаций и положение границ полигонов сохраняется исходным, которое в исходных единицах дали эксперты. Итог-карты с нормированным распределением биоты (от 0 до 1).

Определяют коэффициенты уязвимости V_b для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, представляемых на картах ВКБ. Используют формулу: V_b=S×E/R, где S - чувствительность биоты к воздействию нефти, Е - потенциальное воздействие нефти на биоту, R - восстанавливаемость биоты после воздействия.

Подготавливают карты распределения особо значимых участков ЮЗУ) (сезонные или карты по месяцам). Для указанных на этих картах полигонов (ОЗУ) определяют коэффициенты приоритетности защиты V_a.

Построение карт уязвимости биоты (сложение карт распределения ВКБ для групп с учетом их коэффициентов уязвимости) производят следующим образом. Карты нормированного распределения j-х групп биоты складываются отдельно по каждому сезону (т.е. суммируются значения, присвоенные полигонам), предварительно умноженные на коэффициент уязвимости этих групп (см. приведенные на стр.9, строки 11-12). При этом по приведенной формуле все группы (макрофиты, ихтиопланктон, бентос, рыбы, морские млекопитающие, птицы) имеют не четко определенный вклад в конечный результат в т.ч. без учета своего обилия в картографируемом районе. Если необходимо другое соотношение между группами, то используют соответствующие коэффициенты перед слагаемыми. После сложения, полученные сезонные карты распределения уязвимости биоты (значения полигонов) нормируют на максимальное значение уязвимости за год для карт «абсолютной» уязвимости (значения уязвимости, соответствующие каждому полигону, делят на максимальное значение уязвимости на этих картах за год), или нормируют на максимальное значение уязвимости за соответствующий сезон для карт «относительной» уязвимости. Для удобства полученные интервалы переводят в диапазон 0 (или min) - 100. Это вторая нормировка как для карт «относительной» уязвимости, так и для карт «абсолютной» уязвимости. В итоге уязвимость изменяется в интервале от 0 или какого-то минимального значения до 100.

Строят следующие итоговые карты:

- карты распределения индекса экологической чувствительности берегов ESI;

- карты районов приоритетной защиты - карты интегральной уязвимости прибрежно-морской зоны (сезонные карты или карты по месяцам). Эти карты представляют собой сумму нормированных карт уязвимости биоты (ВКБ) и ОЗУ. Основными для использования в планах ЛРН являются карты «относительной» уязвимости (относительная изменчивость - диапазон изменчивости представляемой уязвимости - от 0 или минимального значения до максимального в конкретный сезон равного 100). Могут быть построены дополнительные карты: суммарные карты «абсолютной» уязвимости биоты (ВКБ) и ОЗУ.

Разработанные карты представляют в виде атласов - бумажного и электронного, каждая карта которого сопровождается пояснительной запиской. Недостатком данного способа является недостаточная точность оценки уязвимости биоты.

Задача, решаемая изобретением, заключалась, во-первых, в разработке инструмента для минимизации последствий чрезвычайных ситуаций - разливов нефти и нефтепродуктов в прибрежно-морской зоне (для морских прибрежных акваторий и береговой территории), связанных с техногенными выбросами нефти и других химических веществ, в том числе при бурении скважин, освоении нефтегазовых месторождений на шельфе и транспортировке углеводородного сырья и других химических веществ; во-вторых, в получении комплексной информации по оценке уязвимости прибрежно-морских зон, необходимой для решения различных природоохранных задач.

Технический результат заключается в повышении точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ.

Заявляемый способ, как и известные, включает определение перечня учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/отдельных видов биоты, особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО), природоохранных территорий (ПОТ); определение границ сезонов с учетом особенностей распределения отобранных экологических групп биоты и их уязвимости от нефти для построения сезонных карт, если данных недостаточно для построения карт по месяцам; сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований; сбор экспертных оценок специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными; сбор картографической информации о картографируемом районе из существующих топографических и навигационных карт, лоций, аэрофотоснимков, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации; ввод собранной информации в электронную картографическую БД; построение исходных разномасштабных сезонных карт или карт по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ) групп/подгрупп/видов; расчет коэффициентов уязвимости для учитываемых g-x экологических групп/подгрупп/видов биоты на основе чувствительности этих компонентов экосистемы, их восстанавливаемости после воздействия и потенциального воздействия на них нефти; нормировку полученных карт распределения биоты; построение карт уязвимости биоты путем «сложения» карт распределения ВКБ для групп/подгрупп/видов с учетом их коэффициентов уязвимости; нормировку полученных карт уязвимости биоты; построение сезонных или по месяцам карт интегральной уязвимости; деление полученных значений интегральной уязвимости на 3 или 5 равных поддиапазона, которые на картах окрашиваются в разные цвета.

Технический результат достигается тем, что в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы производят сбор недостающих данных путем отбора проб экологических групп/подгрупп/видов биоты, определяют их численность на единицу площади и/или плотность биомассы, границ мест обитания этих групп/подгрупп/видов важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона, осуществляют экспертную оценку недостающего объема данных и вводят вновь полученные данные (экспедиционные и экспертные) в сформированную электронную картографическую БД. Затем осуществляют построение карт особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО) и положения природоохранных территорий (ПОТ) для заданного картографируемого района. Присваивают значения коэффициентам уязвимости для ОЗО на основе экспертных оценок и коэффициентам уязвимости для ПОТ на основе их природоохранного статуса. Для построения карт «относительной» уязвимости биоты карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие (общую численность или общую биомассу в картографируемом районе) соответствующей экологической g-ой группы P^gs за сезон при построении сезонных карт, или месяц при построении карт по месяцам, и получают распределение относительных за сезон или месяц значений обилия:

B^g(s)=B^g/P^gs,

где

B^g(s) - относительная сезонная или за месяц плотность обилия группы/подгруппы/вида - доля сезонного или за месяц обилия группы/подгруппы/вида биоты в картографируемом районе, приходящаяся на единицу площади в пределах полигонов этого района, причем индекс s в скобках означает, что проведена нормировка на сезонное значение обилия, g=1, 2, 3,…, - группы/подгруппы/виды (фитобентос, ихтиопланктон, зообентос мобильный, зообентос немобильный, рыбы, морские млекопитающие, птицы);

B^g - значение исходной численности на единицу площади или плотность биомассы g-ой экологической группы/подгруппы/вида биоты на отдельных полигонах в конкретный сезон или месяц, представленных на карте в принятых для данных групп/подгрупп/видов единицах измерения (г/м², экз/км², экз/м³, т/час траления и т.д.);

P^gs - обилие (общее значение численности или биомассы g-ой экологической группы биоты в картографируемом районе) соответствующей g-ой экологической группы за конкретный сезон s или месяц s на картографируемой акватории.

Для построения карт «абсолютной» уязвимости биоты карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие соответствующей g-ой экологической группы P^gy в среднем за год в картографируемом районе по формуле:

B^g(y)=B^g/P^gy,

где

B^g(y) - относительная годовая плотность обилия группы/подгруппы/вида - доля среднегодового значения обилия группы/подгруппы/вида биоты в картографируемом районе, приходящаяся на единицу площади в пределах полигонов этого района в конкретный сезон или месяц, причем индекс у в скобках означает, что проведена нормировка на среднегодовое значение обилия;

P^gy - среднее за год y обилие соответствующей g-ой экологической группы, при этом под обилием g-ой экологической группы понимается средняя за год общая биомасса или общая численность экологической группы биоты на картографируемой акватории.

Затем для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют «сложение» исходных карт распределения n групп биоты по формулам:

(для карт «относительной» уязвимости),

(для карт «абсолютной» уязвимости),

где

- коэффициент относительной уязвимости для каждого учитываемого биотического компонента экосистемы (g=1, 2, 3…),

и получают карту распределения «относительной» и «абсолютной» уязвимости биоты в картографируемом районе, где и - «относительная» и «абсолютная» уязвимости биоты в картографируемом районе.

Осуществляют построение карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем нанесения на карту полигонов со значениями , для ОЗО и , для ПОТ и их нормировку; построение карт «относительной» интегральной уязвимости картографируемого района выполняют «сложением» соответствующих сезонных карт «относительной» уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ по формуле:

где

- «относительная» интегральная уязвимость различных участков картографируемого района;

k_b, k_c, k_d - коэффициенты, равные 1 или установленные на основе экспертных оценок и определяющие вклад (долю) уязвимости ВКБ, ОЗО, ПОТ в интегральную уязвимость.

Затем выполняют «сложение» соответствующих сезонных карт «абсолютной» уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ для получения карт «абсолютной» интегральной уязвимости по формуле:

где

- «абсолютная» интегральная уязвимость различных участков картографируемого района.

Сбор недостающих данных в процессе проведения экспедиций в разные сезоны или месяцы путем отбора проб биоты, определения ее численности на единицу площади или плотности биомассы, границ мест обитания групп/подгрупп/видов - важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц, осуществление экспертной оценки недостающих данных и ввод полученных данных в электронную картографическую БД обеспечивает повышение точности оценки уязвимости биоты прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ и учета этого при разработке планов ЛРН и непосредственно при операциях по ЛРН, а также возможность получения комплексной информации по оценке уязвимости прибрежно-морских зон, необходимой для решения различных природоохранных задач.

Разделение ОЗУ на ОЗО и ПОТ и построение карт особо значимых или социально-экономических объектов (ОЗО) и положения природоохранных территорий (ПОТ) для заданного картографируемого района, а также присвоение значения коэффициентам уязвимости для ОЗО на основе экспертных оценок и коэффициентам уязвимости для ПОТ на основе их природоохранного статуса обеспечивает повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон вследствие учета их разного вклада по сравнению только с картами ВКБ.

Нормировка карт распределения компонентов экосистемы (групп/подгрупп/видов биоты) на обилие за сезон или месяц при построении карт «относительной» уязвимости биоты и нормировка на среднее за год значение обилия при построении карт «абсолютной» уязвимости по указанным формулам обеспечивает повышение точности оценки уязвимости биоты прибрежно-морских зон вследствие учета реального вклада каждой группы/подгруппы/вида биоты в общую оценку уязвимости в картографируемом районе и дает возможность получения корректной комплексной информации по оценке уязвимости прибрежно-морских зон, необходимой для решения различных природоохранных задач.

Построение интегральной карты уязвимости картографируемого района путем «сложения» карт «относительной» уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ по формуле , позволяет учитывать разный вклад (долю) уязвимости ВКБ, ОЗО, ПОТ в общую уязвимость, что обеспечивает повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон и позволяет делать сравнительные оценки уязвимости отдельных участков картографируемого района внутри каждого отдельного (конкретного) сезона или месяца, что необходимо для планов ЛРН.

Построение карт «абсолютной» интегральной уязвимости путем «сложения» карт «абсолютной» уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ по формуле позволяет учитывать разный вклад (долю) уязвимости ВКБ, ОЗО, ПОТ в общую уязвимость, что обеспечивает повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон в разные периоды года и позволяет делать сравнительные оценки уязвимости отдельных участков между сезонами или месяцами картографируемого района, что важно с точки зрения природоохранных целей.

Изобретение осуществляется следующим образом. Производят сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований, сбор экспертных оценок специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными, картографической информации о картографируемом районе из существующих топографических и навигационных карт, лоций, аэрофотоснимков, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации. Затем собранную информацию вводят в электронную картографическую БД.

Определяют количество и объем недостающих данных и проводят дополнительные специально организованные морские и прибрежные экспедиционные работы возможно в разные сезоны или месяцы. Производят сбор недостающих данных путем отбора проб экологических групп/подгрупп/видов биоты, определяют их численность на единицу площади и/или плотность биомассы, границ мест обитания групп/подгрупп/видов важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона. Затем осуществляют экспертную оценку недостающего объема данных и вводят полученные в экспедиции(ях) и экспертным путем данные в предварительно сформированную электронную картографическую БД.

Производят построение исходных сезонных карт или карт по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ). Рассчитывают коэффициенты уязвимости для учитываемых экологических групп/подгрупп/видов биоты (представляемых на картах ВКБ) по формуле: , где S - чувствительность биоты к воздействию нефти, Е - потенциальное воздействие нефти на биоту, R - восстанавливаемость биоты после воздействия (диапазон S, ·Е и R: например, 1÷10; g - индекс различных групп/подгрупп/видов биоты). При этом под экологической группой понимаются следующие компоненты биоты: ихтиопланктон, макрофитобентос, зообентос, рыбы, морские млекопитающие, птицы. Под подгруппой - часть экологической группы: например, мобильный и немобильный бентос - две подгруппы зообентоса; донные, пелагические, проходные виды рыб - три подгруппы рыб; морские млекопитающие «без меха» (китообразные и атлантический морж), ластоногие (исключая атлантического моржа), белый медведь - три подгруппы морских млекопитающих; и т.д. Выделение подгрупп и видов позволяет более корректно учитывать различие их уязвимости к воздействиям.

Осуществляют построение карт расположения особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО) и положения природоохранных территорий (ПОТ) для заданного картографируемого района. Затем присваивают значения коэффициентам уязвимости для ОЗО на основе экспертных оценок (где j=1, 2, 3 … - индекс различных участков (полигонов) расположения особо значимых социально-экономических объектов) и коэффициентам уязвимости для ПОТ на основе их природоохранного статуса (где f=1, 2, 3 … - индекс различных участков (полигонов) расположения природоохранных территорий).

Здесь и далее следует иметь в виду следующее. Картографируемый район - это район, в пределах которого учитываются все исходные параметры ВКБ, ОЗО и ПОТ. Для тактических и стратегических карт - это район в пределах границ этих карт. Для объектных карт - это район воздействия конкретного объекта при разливах нефти федерального уровня (>5000 т).

В ближайшем аналоге нормировка исходных данных для каждой группы биоты проводится на максимальное значение численности на единицу площади или плотности биомассы в картографируемом районе, как для карт «относительной», так и «абсолютной» уязвимости (максимальные численности на единицу площади или плотности биомассы одного из полигонов за конкретный сезон или месяц). В данном способе нормировка осуществляется иначе: исходные данные нормируют на среднегодовое значение обилия экологической группы (биотического компонента) для карт «абсолютной» уязвимости и на значения обилия соответствующих групп в каждый конкретный сезон или месяц для карт «относительной» уязвимости (т.е. берется не единственное максимальное значение для полигонов группы биоты, а находится общая численность или биомасса в группе (обилие) для картографируемого района, на которую, уже в свою очередь, делится значение численности на единицу площади или плотности биомассы каждого конкретного полигона экологической группы/подгруппы/вида за сезон/месяц или в среднем за год). При этом обилие за сезон/месяц рассчитывают, суммируя для отдельных полигонов биомассы/численности биоты, которые в свою очередь определяют по плотности биомассы или численности на единицу площади и площади полигонов.

Оценка уязвимости осуществляется путем поэтапного построения различных карт уязвимости с пояснением каждой карты, представленным в виде легенды и пояснительной записки.

Уязвимость района моря (природной среды участка моря и обитающей в нем биоты) - свойство, относящееся к определенному району моря (акватории, водной толще и дну или их совокупности), которое характеризует общие, суммарные результаты возможного, главным образом, антропогенного воздействия на среду и биоту, в большей части именно в этом районе, которое приводит:

во-первых, к нарушению нормального функционирования отдельных видов и/или целых экологических групп в этом районе вплоть до частичной или полной потери численности (биомассы) этих видов/экологических групп;

во-вторых, к нарушению естественных условий мест обитания биоты в районе воздействия, что сказывается на нормальном функционировании биоты (биоценоза) непосредственно в момент воздействия и/или в дальнейшем как на биоту, постоянно обитающую в этом районе, так и на биоту, которая может появиться в нем позднее;

и в совокупности имеет следствием:

частичное или полное нарушение структуры и функций части экосистемы моря, относящейся к району воздействия, вплоть до потери ее стабильности;

и, возможно, нарушение структуры и функции экосистемы всего моря (Шавыкин А.А., Ильин Г.В. Оценка интегральной уязвимости акватории Баренцева моря к нефтяному загрязнению. - Мурманск: ММБИ КНЦ РАН, 2010 - 110 с).

В кратком виде алгоритм построения карт уязвимости можно сформулировать следующим образом.

Для построения карт «относительной» уязвимости биоты сезонные или по месяцам карты распределения компонентов (экологических групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие (общую численность или биомассу в картографируемом районе) соответствующей g-ой экологической группы P^gs за сезон s при построении сезонных карт, или месяц s при построении карт по месяцам, и получают распределение относительных за сезон или месяц значений обилия:

B^g(s)=B^g/P^gs.

Отношение B^g (например, в единицах г/м²) к обилию P^gs в картографируемом районе (в граммах) дает долю обилия на единицу площади (1/м²) для этого района.

Для построения карт «абсолютной» уязвимости сезонные или по месяцам карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие соответствующей g-ой экологической группы P^gy в среднем за год в картографируемом районе по формуле:

B^g(y)=B^g/P^gy.

Производят расчет коэффициентов уязвимости для учитываемых экологических групп/подгрупп/видов биоты на основе чувствительности компонентов, их восстанавливаемости после воздействия и потенциального воздействия на них нефти.

Для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют «сложение» исходных карт распределения n групп биоты (включая подгруппы и виды) по формулам:

(для карт «относительной» уязвимости),

(для карт «абсолютной» уязвимости).

Процесс «сложения» исходных карт выполняется в одной из ГИС-программ. Данная процедура представляет собой суммирование численных значений показателей, присвоенных участкам (полигонам) в каждой конкретной точке карты. В результате получается карта с новыми границами участков, которые определяются границами исходных участков, присвоенным участков исходным значениям относительной плотности обилия группы/подгруппы/вида B^g(s) или B^g(y), умноженным на соответствующие коэффициенты уязвимости экологической группы/подгруппы/вида. Вклад каждого «слагаемого» (группы) определяется исходя из принятой модели экосистемы картографируемого района. Внутри группы доля подгрупп/видов в общем обилии уже заложена соответствующей нормировкой исходных данных. В приведенных формулах вклад всех групп с учетом нормировки на обилие одинаков. При необходимости перед слагаемыми в формулах вводятся дополнительные коэффициенты, определяющие другой вклад каждой экологической группы/подгруппы/вида в общую «относительную»/«абсолютную» уязвимость.

Полученные карты распределения и нормируют на максимальное значение уязвимости за сезон или месяц для карт «относительной» уязвимости или за год для карт «абсолютной» уязвимости, переходя в диапазон значений уязвимости, равный или соответственно, и получают исходные карты общей уязвимости биоты в картографируемом районе. Это вторая нормировка и данная процедура необходима для построения карт интегральной уязвимости.

Затем осуществляют построение карт уязвимости особо значимых объектов (ОЗО). Определяют перечень ОЗО природно-техногенной среды (без биоты) и строят исходные карты распределения C^js для каждого сезона или месяца (возможно, для отдельных j-х. компонентов эти карты будут одинаковыми для всего года). Полигонам присваивается значение 1 при наличии в них ОЗО и 0 при их отсутствии. Определяют коэффициенты приоритетности защиты ОЗО - коэффициенты , исходя из экологической, социокультурной и хозяйственной значимости; диапазон : например, 1÷10. Проводят«сложение» полученных карт для каждого сезона или месяца в отдельности, предварительно умножая значения полигонов C^js на коэффициенты . Значения уязвимости ОЗО нормируют на максимальное значение общей уязвимости в сезон (на ) и переходят в шкалу для карт «относительной» уязвимости. При нормировке на получают карты распределения в диапазоне . Итог: карты «относительной» и «абсолютной» уязвимости ОЗО.

Выполняют построение карт уязвимости природоохранных территорий (ПОТ). Определяют перечень и расположение ПОТ и готовят исходные карты их распределения (D^fs) для разных сезонов или месяцев. Полигонам присваивается значение 1 при наличии в них ПОТ и 0 при их отсутствии. Определяют коэффициенты приоритетной защиты ПОТ , которые оценивают по природоохранной значимости; диапазон : например, 1÷10. Проводят «сложение» полученных карт ПОТ для каждого сезона или месяца, предварительно умножая значения полигонов D^fs на коэффициенты приоритетной защиты . Выполняют нормировку полученных карт как для ОЗО, используя и . При одинаковых для всех сезонов или месяцев, такую операцию проводят один раз. Получают карты распределения и с диапазоном и . Итог: карты «относительной» и «абсолютной» уязвимости ПОТ.

Построение карт «относительной» интегральной уязвимости картографируемого района выполняют «сложением» карт «относительной» уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ:

Диапазон полученных значений уязвимости для каждого сезона делится на 3 или 5 равных (!) поддиапазонов. Поддиапазонам с максимальной интегральной уязвимостью присваивают ранг 5, с минимальной уязвимостью - ранг 1. Полигоны с разными значениями рангов окрашивают на итоговых картах в разные «светофорные» цвета, от зеленого до красного, например: зеленый/желтый/красный для рангов 1/2/3 (или зеленый/светло-зеленый/желтый/оранжевый/красный для рангов 1/2/3/4/5).

Эти карты «относительной» интегральной уязвимости включают в планы ЛРН. Районы приоритетной защиты на таких картах: участки с рангом 4 и 5 при 5-ти ранговой шкале и участки с рангами 3 при 3-х ранговой. На фиг.1 в качестве примера приведена карта «относительной» интегральной уязвимости Южного колена Кольского залива от нефти в 5-ти ранговой шкале (II квартал, весна).

Затем выполняют «сложение» карт общей «абсолютной» уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ для получения карт «абсолютной» интегральной уязвимости:

Диапазон интегральной уязвимости за год делят на 3 или 5 равных (!) поддиапазонов. Поддиапазонам с максимальной интегральной уязвимостью присваивают ранг 5, с минимальной уязвимостью - ранг 1. Полигоны с разными значениями рангов окрашивают на итоговых картах в разные цвета от зеленого до красного, например: зеленый/желтый/красный для рангов 1/2/3 (или зеленый/светло-зеленый/желтый/оранжевый/красный для рангов 1/2/3/4/5).

Эти карты «абсолютной» интегральной уязвимости используют для природоохранных и научных целей. Значения k_b, k_c, k_d равны 1 или устанавливают (выбирают) на основе экспертных оценок (например, 0.3, 0.2 и 0.5, соответственно). На фиг.2 в качестве примера приведена интегральная карта «абсолютной» уязвимости Южного колена Кольского залива от нефти в 5-ти ранговой шкале (II квартал, весна).

Таким образом, в конечном итоге получают следующие итоговые карты «относительной» интегральной уязвимости и карты «абсолютной» интегральной уязвимости, соответствующие сезонам или месяцам:

карты районов приоритетной защиты - сезонные или по месяцам карты «относительной» интегральной уязвимости прибрежно-морской зоны. Эти карты представляют собой сумму нормированных сезонных или по месяцам карт уязвимости биоты (ВКБ), ОЗО и ПОТ. Основными для использования в планах ЛРН являются эти карты «относительной» интегральной уязвимости (диапазон изменчивости представляемой уязвимости - от 0 или минимального значения до максимального в конкретный сезон или месяц).

для природоохранных целей строятся карты «абсолютной» интегральной уязвимости биоты (ВКБ), ОЗО и ПОТ, карты распределения отдельных ВКБ, ОЗО и ПОТ на акватории моря или морской части прибрежной зоны.

Особенности построения карт распределения уязвимости биоты для групп при наличии в группе краснокнижных видов.

В отдельные подгруппы выделяют краснокнижные виды. Для этих видов определяют коэффициент охранного статуса k_rg. Например, если вид внесен в международные охранные документы, то коэффициент охранного статуса будет наивысший k_rg = например, 100, для Красных книг федерального уровня krg = например, 70÷40, для региональных k_rg=например, 30÷20. Здесь r - индекс краснокнижного вида (r=1, или 1, 2, или 1, 2, 3 …) в группе g. Нормировку исходных карт с такими данными проводят путем деления плотности распределения подгрупп и краснокнижных видов в группе на значение обилия группы в картографируемом районе (соответственно, на среднее обилие за год для карт «абсолютной» уязвимости или на обилие за сезон или месяц для карт «относительной» уязвимости). При расчете карт распределения уязвимости биоты для особо охраняемых подгрупп или видов в дополнение к коэффициенту уязвимости вводят указанный множитель - коэффициент охранного статуса.

Построение всех вышеуказанных карт способом, изложенным в заявляемом изобретении, обеспечивает повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ, что важно для более корректной и точной подготовки планов ЛРН, их реализации при ЛРН, а также решения задачи получения комплексной информации по оценке уязвимости прибрежно-морских зон, необходимой для решения различных природоохранных задач.

Изобретение относится к области экологического картографирования и может быть использовано для решения различных природоохранных задач. Сущность: определяют перечень учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО), природоохранных территорий (ПОТ). Определяют границы сезонов для построения сезонных карт с учетом особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти для построения сезонных карт, если данных недостаточно для построения карт по месяцам. Собирают данные о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований. Собирают экспертные оценки специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными. Собирают картографическую информацию о картографируемом районе из существующих топографических и навигационных карт, лоций, аэрофотоснимков, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации. Вводят собранную информацию в электронную картографическую базу данных (БД). Строят исходные разномасштабные сезонные карты или карты по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ) групп/подгрупп/видов в рамках принятых временных границ (сезоны/месяцы). Рассчитывают коэффициенты уязвимости для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты на основе чувствительности компонентов к действию нефти, их восстанавливаемости после воздействия и потенциального воздействия на них нефти. Нормируют полученные карты распределения биоты. Строят карты уязвимости биоты путем “сложения” карт распределения ВКБ для экологических групп/подгрупп/видов биоты с учетом их коэффициентов уязвимости. Нормируют полученные карты и строят карты интегральной уязвимости. При этом на последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делят на 3 или 5 равных поддиапазона, которые на картах окрашивают в разные цвета. Кроме того, в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы производят сбор недостающих данных путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты. Определяют их численность на единицу площади и/или плотность биомассы, границы мест обитания экологических групп/подгрупп/видов важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона. Осуществляют экспертную оценку недостающего объема данных и вводят вновь полученные данные в сформированную электронную картографическую БД. Затем осуществляют построение карт ОЗО и положения ПОТ для заданного картографируемого района. На основе экспертных оценок присваивают значения коэффициентам уязвимости для ОЗО и для ПОТ. Для построения карт “относительной” уязвимости биоты карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие (общую численность или общую биомассу в картографируемом районе) соответствующей экологической группы за сезон при построении сезонных карт, или месяц при построении карт по месяцам. Получают распределение относительных за сезон или месяц значений обилия. Для построения карт “абсолютной” уязвимости карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на среднее за год обилие соответствующей экологической группы в картографируемом районе. Затем для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют “сложение” исходных карт распределения групп биоты. Получают сезонные или по месяцам карты распределения “относительной” и “абсолютной” уязвимости биоты в картографируемом районе. Осуществляют построение карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем нанесения на карту полигонов со значениями “относительной” и “абсолютной” уязвимости биоты для ОЗО и для ПОТ и их нормировку. Строят карты “относительной” интегральной уязвимости картографируемого района посредством “сложения” карт “относительной” уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ. Затем выполняют “сложение” карт “абсолютной” уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ для получения карт “абсолютной” интегральной уязвимости. Технический результат: повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ, получение комплексной информации по оценке упомянутой уязвимости. 2 ил.

Способ оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ и построения карт уязвимости, включающий: определение перечня учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО), природоохранных территорий (ПОТ); определение границ сезонов для построения сезонных карт с учетом особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти для построения сезонных карт, если данных недостаточно для построения карт по месяцам; сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований; сбор экспертных оценок специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными; сбор картографической информации о картографируемом районе из существующих топографических и навигационных карт, лоций, аэрофотоснимков, спутниковых снимков, имеющейся ГИС-информации; ввод собранной информации в электронную картографическую базу данных (БД); построение исходных разномасштабных сезонных карт или карт по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ) групп/подгрупп/видов в рамках принятых временных границ (сезоны/месяцы); расчет коэффициентов уязвимости для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты на основе чувствительности компонентов к действию нефти, их восстанавливаемости после воздействия и потенциального воздействия на них нефти; нормировку полученных карт распределения биоты; построение карт уязвимости биоты путем “сложения” карт распределения ВКБ для экологических групп/подгрупп/видов биоты с учетом их коэффициентов уязвимости; нормировку полученных карт и построение карт интегральной уязвимости, при этом на последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делится на 3 или 5 равных поддиапазона, которые на картах окрашиваются в разные цвета, отличающийся тем, что в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы производят сбор недостающих данных путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты, определяют их численность на единицу площади и/или плотность биомассы, границы мест обитания экологических групп/подгрупп/видов важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона, осуществляют экспертную оценку недостающего объема данных и вводят вновь полученные данные в сформированную электронную картографическую БД; затем осуществляют построение карт ОЗО и положения ПОТ для заданного картографируемого района; на основе экспертных оценок присваивают значения коэффициентам уязвимости для ОЗО и коэффициентам уязвимости для ПОТ; для построения карт “относительной” уязвимости биоты карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие (общую численность или общую биомассу в картографируемом районе) соответствующей g-й экологической группы P^gs за сезон при построении сезонных карт или месяц при построении карт по месяцам, и получают распределение относительных за сезон или месяц значений обилия:
B^g(s)=B^g/P^gs,
где
B^g(s) - относительная сезонная или за месяц плотность обилия группы/подгруппы/вида - доля сезонного или за месяц обилия группы/подгруппы/вида биоты в картографируемом районе, приходящаяся на единицу площади в пределах полигонов этого района, причем индекс s в скобках означает, что проведена нормировка на сезонное (за месяц) значение обилия, g=1, 2, 3, …, - группы/подгруппы/виды (фитобентос, ихтиопланктон, зообентос мобильный, зообентос немобильный, рыбы, морские млекопитающие, птицы);
B^g - значение исходной численности на единицу площади или плотность биомассы g-ой экологической группы/подгруппы/вида биоты на отдельных полигонах в конкретный сезон или месяц, представленных на карте в принятых для данных групп/подгрупп/видов единицах измерения (г/м², экз/км², экз/м³, т/час траления и т.д.);
P^gs - обилие (общее значение численности или биомассы g-й экологической группы биоты в картографируемом районе) соответствующей g-й экологической группы за конкретный сезон s или месяц s на картографируемой акватории;
для построения карт “абсолютной” уязвимости карты распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на среднее за год обилие соответствующей g-й экологической группы P^gy в картографируемом районе по формуле:
B^g(y)=B^g/P^gy,
где
B^g(y) - относительная годовая плотность обилия группы/подгруппы/вида - доля среднегодового значения обилия группы/подгруппы/вида биоты в картографируемом районе, приходящаяся на единицу площади в пределах полигонов этого района в конкретный сезон или месяц, причем индекс y в скобках означает, что проведена нормировка на среднегодовое значение обилия;
P^gy - среднее за год y обилие соответствующей g-й экологической группы, при этом под обилием g-й экологической группы понимается средняя за год общая биомасса или общая численность экологической группы биоты на картографируемой акватории;
затем для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют “сложение” исходных карт распределения n групп биоты по формулам:
,
,
где
- коэффициенты относительной уязвимости для каждого учитываемого биотического компонента экосистемы (g=1, 2, 3 …);
и получают сезонные или по месяцам карты распределения “относительной” и “абсолютной” уязвимости биоты в картографируемом районе, где и - “относительная” и “абсолютная” уязвимости биоты в картографируемом районе; осуществляют построение карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем нанесения на карту полигонов со значениями , для ОЗО и , для ПОТ и их нормировку; построение карт “относительной” интегральной уязвимости картографируемого района выполняют “сложением” карт “относительной” уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ по формуле:
,
где
- “относительная” интегральная уязвимость различных участков картографируемого района;
k_b, k_c, k_d - коэффициенты, равные 1 или установленные на основе экспертных оценок и определяющие вклад (долю) уязвимости ВКБ, ОЗО, ПОТ в общую уязвимость;
затем выполняют “сложение” карт “абсолютной” уязвимости ВКБ, ОЗО и ПОТ для получения карт “абсолютной” интегральной уязвимости по формуле:
,
где
- “абсолютная” интегральная уязвимость различных участков картографируемого района.