Способ построения карт уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, нефтепродуктов и других химических веществ на основе расчетов с метрическими величинами Российский патент 2018 года по МПК G01V99/00 G01W1/00 

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 защиты этих участков/объектов при планировании операций по ликвидации возможных аварийных разливов нефти (планов ЛРН), а также в ходе самих таких операций.

Способ также подходит для построения карт уязвимости от нефтепродуктов и любых других химических веществ на водной поверхности. В отличие от карт уязвимости прибрежно-морских зон от нефти при построении карт уязвимости от нефтепродуктов и других химических веществ берутся коэффициенты уязвимости биоты, рассчитанные с учетом ее чувствительности и потенциального воздействия на нее соответствующих нефтепродуктов и химических веществ. С учетом того, что в первую очередь заявляемый способ предназначен для построения карт уязвимости от нефти, далее по тексту используется именно этот термин - «нефть», хотя под нефтью в тексте понимается также нефтепродукты и/или любые другие жидкие химические вещества. Полученные карты уязвимости могут быть использованы в различных природоохранных целях.

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, обусловленная только потенциальным воздействием нефти, 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 заявке на изобретение РФ №2015134164. Способ включает определение перечня учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО) и природоохранных территорий (ПОТ); определение границ сезонов; сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований, а также в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы недостающих данных путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты; сбор экспертных оценок специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными; определение численности на единицу площади и/или плотность биомассы групп/подгрупп/видов биоты, границ мест обитания экологических групп/подгрупп/видов важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона; 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 сезонных карт распределения ВКБ; 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; построение карт ОЗО и ПОТ для заданного картографируемого района.

Для всех учитываемых компонентов экосистемы (ВКБ, ОЗО и ПОТ) осуществляют построение сезонных карт, если данных недостаточно для построения карт по месяцам, с учетом особенностей распределения ВКБ, ОЗО и ПОТ - их временных границ, а также их уязвимости от нефти определяют границы сезонов, для которых будут рассчитываться карты уязвимости. На основе экспертных оценок присваивают значения уязвимости для ОЗО и коэффициентам уязвимости для ПОТ. Для построения карт уязвимости биоты карты сезонного распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты B^sg нормируют на обилие соответствующей g-й экологической группы P^yg в среднем за год в картографируемом районе по формуле: B^sg[y]=B^sg/P^yg, где

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

P^yg - среднее за год у 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 в картографируемом районе;

B^sg[y] - относительная сезонная (относительно годовой) 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^yg; затем для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют «сложение» исходных карт распределения всех компонентов биоты B^sg[y] с учетом коэффициентов по формуле: ,

где

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

Затем осуществляют построение карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем «сложения» исходных карт распределения всех компонентов ОЗО и ПОТ с учетом коэффициентов их уязвимости и нормировку полученных карт; 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 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.

При этом на последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делится на 3-5 равных поддиапазона, которые на картах окрашиваются в разные цвета; вводят полученную в ходе построения карт интегральной уязвимости информацию в картографическую БД.

Недостатки данного способа: 1) недостаточная точность оценки уязвимости биоты (коэффициентов уязвимости ), основанная на ранговых (порядковых) величинах - расчет осуществляется по трем ранговым, а не метрическим величинам; 2) недостаточная точность оценки коэффициентов приоритетной защиты абиотических компонентов - ОЗО и ПОТ, также основанная на присвоении им рангов; 3) расчет по трем величинам , и расчет карт уязвимости основаны на арифметических операциях с ранговыми величинами, что некорректно; 4) не учитывается поведение нефти при ее разливе (разная по плотности нефть - легкая, средняя, тяжелая - дает различные значения потенциального воздействия E^g и чувствительности S^g); 5) диапазон интегральной уязвимости делится в итоге исключительно на 3-5 равных поддиапазона, что не всегда оптимально.

Заявляемый способ, как и известные, включает определение перечня учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых объектов (ОЗО) и природоохранных территорий (ПОТ); определение границ сезонов для исходных данных; сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, материалов экологического мониторинга, публикаций по результатам различных исследований и сбор недостающих данных путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы; сбор экспертных оценок специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными; определение численности на единицу площади и/или плотности биомассы групп/подгрупп/видов биоты, границ мест обитания важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона; 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 сезонных карт биоты с учетом сезонных особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти; нормировку полученных сезонных карт распределения биоты, путем деления значений сезонного распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты на обилие соответствующей экологической группы в среднем за год в картографируемом районе; 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; построение карт уязвимости биоты путем «сложения» нормированных карт распределения ВКБ с учетом их коэффициентов уязвимости; нормировку полученных карт уязвимости биоты; построение карт расположения ОЗО и ПОТ для заданного картографируемого района; присвоение на основе экспертных оценок значений приоритетной защиты для ОЗО и для ПОТ; построение по-отдельности карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем «сложения» исходных карт расположения ОЗО и ПОТ с учетом их значений уязвимости; нормировку полученных карт уязвимости ОЗО и ПОТ; определение границ сезонов, для которых будут рассчитываться интегральные карты уязвимости с учетом особенностей сезонного распределения ВКБ, ОЗО и ПОТ; построение карт интегральной уязвимости, при этом на последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делится на 3-5 поддиапазона, которые на картах окрашиваются в разные цвета; ввод полученной в ходе построения карт интегральной уязвимости информации в картографическую БД.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в получении комплексной корректной информации для построения карт уязвимости прибрежно-морских зон, в разработке основанного на расчетах с метрическими величинами способа построения карт уязвимости, необходимых для решения различных природоохранных задач.

Технический результат заключается в повышении точности построения карт уязвимости прибрежно-морских зон от нефти.

Технический результат достигается тем, что расчет коэффициентов уязвимости учитываемых групп/подгрупп/видов биоты выполняют по значениям чувствительности биоты, ее восстанавливаемости и потенциального воздействия на нее нефти, которые оцениваются по метрической шкале. Значения чувствительности S^g для пелагической биоты рассчитывают по формуле:

,

где

- летальная концентрация нефти (LC50) или летальная нагрузка нефти (LL50), вызывающие гибель 50% биомассы или численности биоты в воде для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей в толще воды,

ПДК - предельно допустимая концентрация нефти в воде, не оказывающая воздействия на биоту;

а значения чувствительности S^g для биоты, контактирующей в основном только или большую часть времени с поверхностью воды, а не с ее толщей, рассчитывают по формуле:

где

- летальная толщина пленки нефти (LL50), вызывающая 50%-ную гибель биоты для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей большей частью на поверхности воды, а не в ее толще.

ПДТ - предельное значение толщины пленки нефти, не оказывающее воздействия на биоту.

Значения потенциального воздействия нефти на группы/подгруппы/виды биоты оценивают в процентах, с учетом принятой модели поведения нефти. Значения восстанавливаемости групп/подгрупп/видов биоты оценивают в годах, исходя из последствий близких по масштабам аварий с разливами нефти, по результатам научных исследований и/или на основе экспертных оценок.

Экспертно оценивают значения коэффициентов приоритетной защиты для ОЗО и для ПОТ при этом соотношения оценок, принятые экспертами для различных участков ОЗО и ПОТ, должны отражать близкое к реальности соотношение важности (значимости) соответствующих социально-экономических объектов и природоохранных территорий на метрической шкале.

Диапазон полученных значений относительной и абсолютной интегральных уязвимостей делят на 3-5 поддиапазона, не обязательно равных, но по строгой количественной процедуре, единой для всех карт (абсолютной и относительной уязвимости), с тем чтобы на большинстве карт относительной уязвимости площади с разной уязвимостью непосредственно у береговой линии присутствовали примерно в равных соотношениях.

Выполнение расчета коэффициентов уязвимости учитываемых групп/подгрупп/видов биоты по значениям чувствительности биоты S^g, ее восстанавливаемости R^g и потенциального воздействия E^g на нее нефти, которые оцениваются по метрической шкале, позволяет корректно производить дальнейшие арифметические действия на всех этапах разработки карт, отказавшись от ранговых величин, поскольку операции с ранговыми величинами недопустимы [Гланц С. Медико-биологическая статистика. Пер. с англ. М., Практика, 1998. 459 с.; Орлов А.И. Экспертные оценки. Учебное пособие. М.: 2002 (URL: http://www.aup.ru/books/m154/4.htm) и другие работы А.И. Орлова; Хованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефиците. СПб., Изд-во С.-Петербургского университета, 1996. 196 с. (см. стр. 9, 13-20 и др.). Хованов Н.В. Математические основы теории шкал измерения качества. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1982. 188 с. (см. стр. 112 и далее)], а их использование приводит при арифметических действиях к некорректным результатам. Применение метрических (количественных) значений параметров повышает точность построения карт уязвимости прибрежно-морских зон от нефти.

Для повышения точности оценки чувствительности биоты следует учитывать место ее обитания и свойства нефти (плотность, вязкость). Для биоты, обитающей все время в толще воды - для пелагической биоты, например, ихтиопланктона, рыб, опасна растворенная и диспергированная нефть, следовательно, чувствительность биоты оценивают в значениях предельно допустимой концентрации (ПДК) нефти. Для биоты, контактирующей в основном только или большую часть времени с поверхностью воды, а не с ее толщей, например, для птиц, имеет значение пленка нефти на поверхности воды, следовательно, чувствительность биоты оценивают в значениях предельно допустимой толщины (ПДТ) нефтяной пленки.

Значения чувствительности S^g для пелагической биоты, полностью обитающей в воде, рассчитывают на основе летальных концентраций нефти в воде (, индекс w показывает отношение параметров к пелагической биоте, g - индекс учитываемых групп/подгрупп/видов биоты) или летальных нагрузок нефти , нормируя их на предельно допустимые концентрации нефти в воде, не оказывающие воздействия на биоту (ПДК).

.

Значения чувствительности S^g для биоты контактирующей в основном только или большую часть времени с поверхностью воды, а не с ее толщей, рассчитывают на основе летальной толщины пленки нефти (, индекс n показывает отношение параметров к биоте на поверхности воды), нормируя их на предельные значения толщины пленки нефти, не оказывающие воздействия на биоту (ПДТ).

.

Такой метод расчета чувствительности биоты позволяет уйти от зависимости этого параметра от того, относится ли он к толще воды или к ее поверхности и работать с одинаковыми единицами измерения для всех групп/подгрупп/видов биоты, обеспечивает повышение точности построения карт уязвимости биоты прибрежно-морских зон от нефти.

Для повышения точности построения карт уязвимости важно значения потенциального воздействия нефти на группы/подгруппы/виды биоты E^g оценивать в процентах, с учетом принятой модели поведения нефти, поскольку легкая нефть действует на биоту на поверхности воды и в ее верхнем слое, средняя по плотности нефть действует на все среды, тяжелая - достаточно быстро тонет и действует на донную и придонную биоту.

При расчете коэффициентов уязвимости биоты (значений E^g, входящих в формулу , по которой определяются коэффициенты уязвимости g-й группы/подгруппы/вида биоты) учитывается принятая модель поведения нефти при разливе и пространственный диапазон действия нефти на уязвимые объекты.

Значения восстанавливаемости групп/подгрупп/видов биоты R^g оценивают в годах, исходя из последствий близких по масштабам аварий с разливами нефти, по результатам научных исследований и/или на основе экспертных оценок.

Значения коэффициентов уязвимости (приоритетной защиты) для ОЗО и ПОТ выбирают экспертно, с учетом экологической и/или экономической важности объектов. При этом соотношения оценок, принятые экспертами для различных участков ОЗО и ПОТ , должны отражать близкое к реальности соотношение важности (значимости) соответствующих социально-экономических объектов и природоохранных территорий на метрической шкале, а не соотношения «ранговых» (порядковых) величин для них. Что также обеспечивает повышение точности построения карт уязвимости прибрежно-морских зон от нефти.

Диапазон полученных значений относительной и абсолютной интегральных уязвимостей делят на 3-5 поддиапазона, не обязательно равных, но по строгой количественной процедуре, единой для всех карт (абсолютной и относительной уязвимости), с тем, чтобы на большинстве карт относительной уязвимости площади с разной уязвимостью непосредственно у береговой линии присутствовали примерно в равных соотношениях, что дает возможность получения корректной комплексной информации для построения карт уязвимости прибрежно-морских зон, необходимых для решения различных природоохранных задач.

Предлагаемый способ может быть использован не только для составления карт уязвимости от нефти, но и для нефтепродуктов и других химических веществ. Нефтепродукты - это та же нефть с частично удаленными компонентами или, наоборот, нефтепродукты - это отдельные (не переработанные, а выделенные из нефти) компоненты нефти. Поэтому по предлагаемому способу для отдельных районов, через которые перевозятся те или иные нефтепродукты, могут быть составлены соответствующие карты уязвимости исключительно для нефтепродуктов. Ситуация с различными химическими веществами - аналогична. Различие в картах уязвимости от нефти или нефтепродуктов или других химических веществ определяется только выбором для них соответствующих коэффициентов уязвимости групп/подгрупп/видов биоты и моделью поведения нефти/нефтепродуктов/химических веществ воде.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Выделяют наиболее важные (ключевые по каким-либо параметрам) для экосистемы биотические компоненты: группы/подгруппы/виды биоты от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона. Производят сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, данных экологического мониторинга и публикаций по результатам различных исследований. Определяют объем недостающих данных и проводят дополнительные специально организованные морские и прибрежные экспедиционные работы в сезоны или месяцы, когда они необходимы. Сбор недостающих данных производят путем наблюдений и отбора проб выделенных групп/подгрупп/видов биоты, определяют их численность на единицу площади и/или плотность биомассы, границы мест обитания. Производят 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 предварительно сформированную электронную картографическую БД.

Производят построение исходных сезонных карт или карт по месяцам распределения важных компонентов биоты (ВКБ) в виде полигонов со значениями B^sg (s - индекс сезона; g - индекс экологической группы/подгрупп/видов). При этом карты по сезонам строят так, чтобы в пределах выбранных временных границ сезонов плотность распределения биоты B^sg оставалась постоянной. Карты строят в единицах, принятых для данной группы/подгруппы/вида (в г/м², экз/км², т/час траления…).

Рассчитывают коэффициенты уязвимости для учитываемых экологических групп/подгрупп/видов биоты (представляемых на картах ВКБ) по формуле: , где R^g - восстанавливаемость биоты после воздействия, E^g -потенциальное воздействие нефти на биоту, S^g - чувствительность биоты к воздействию нефти (g - индекс учитываемых трупп/подгрупп/видов биоты). При этом под экологической группой g понимаются, как правило, следующие компоненты биоты: макрофитобентос, зообентос, ихтиопланктон, рыбы, морские млекопитающие, птицы; при высоких концентрациях фито- и зоопланктона экспертами могут учитываться и эти экологические группы. 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.

Для расчетов вышеуказанных коэффициентов принимают ту или иную модель поведения нефти в воде, что определяется в первую очередь ее плотностью и вязкостью (легкая, средняя, тяжелая).

В ближайшем аналоге значения S^g, E^g, R^g выбираются экспертами в диапазоне, например, 1÷10; или этим параметрам присваиваются соответствующие значения на основе токсикологических данных LC50; или значения соответствующих величин S^g, E^g, R^g оцениваются каким либо другим способом.

В заявляемом способе при расчете коэффициентов уязвимости все значения (S^g, E^g и R^g) - на метрической шкале.

При этом восстанавливаемость биоты оценивают в годах, исходя из последствий близких по масштабам аварий с разливами нефти, по результатам научных исследований и/или на основе экспертных оценок.

Потенциальное воздействие нефти на биоту оценивают в процентах с учетом принятой модели поведения нефти (легкой, средней или тяжелой).

Значения чувствительности биоты S^g рассчитывают по-разному для видов, обитающих в толще воды и для видов, контактирующих в основном с поверхностью воды, а не с ее толщей.

Так для биоты, обитающей все время в толще воды (ихтиопланктон, рыбы и т.д.) значения чувствительности рассчитывают на основе летальных концентраций или летальных нагрузок нефти [API (AmericanPetroleumlnstitute). A critical review of toxicity values and an evaluation of the persistence of petroleum products for use in natural resource damage assessments. 1995. Publication №4594. 190 p.] для групп/подгрупп/видов биоты (соответственно или = LL50 и предельных значений соответствующих величин, не оказывающих воздействия на биоту (ПДК - для пелагической биоты): .

Значения чувствительности для биоты, контактирующей большую часть времени с поверхностью воды (птицы), рассчитывают на основе летальной толщины пленки нефти, вызывающей 50%-ную гибель биоты (соответственно ) и предельных значений толщины пленки нефти, не оказывающих воздействия на биоту (ПДТ - для биоты на поверхности): .

Осуществляют построение карт расположения особо значимых социально-экономических объектов (ОЗО) и положения природоохранных территорий (ПОТ) для заданного картографируемого района в виде полигонов исходного их расположения C^sj и для каждого сезона или месяца (возможно, для отдельных компонентов эти карты будут одинаковыми для всего года). Полигонам присваивается значение 1 при наличии в них ОЗО или ПОТ и значение 0 при их отсутствии. При этом карты ОЗО и ПОТ также строят в пределах таких временных границ, в пределах которых расположение объектов ОЗО и ПОТ не изменяется.

Затем принимают значения для коэффициентов приоритетной защиты (далее по аналогии с коэффициенты называются коэффициентами уязвимости ОЗО) для ОЗО (где j=1, 2, 3… - индекс различных участков (полигонов) расположения особо значимых социально-экономических объектов) и коэффициентов приоритетной защиты (далее по аналогии с коэффициенты называются коэффициентами уязвимости ПОТ) для ПОТ на основе экспертных оценок (где - индекс различных участков (полигонов) расположения природоохранных территорий).

В данном способе, в отличие от ближайшего аналога, соотношения оценок, принятые экспертами для и , должны отражать близкое к реальности соотношение важности (значимости) соответствующих социально-экономических объектов и природоохранных территорий на метрической шкале, а не соотношения «ранговых» (порядковых) величин для них.

Здесь и далее следует иметь в виду следующее. Картографируемый район - это район, в пределах которого учитываются все исходные параметры ВКБ, ОЗО и ПОТ, в границах которого выполняются все расчеты и в пределах него определяются участки разной уязвимости. Для объектных карт (масштаб 1:10000÷1:50000) - это район воздействия конкретного объекта при разливах нефти федерального уровня (>5000 т). Для этого района может быть построено несколько объектных карт, и границы картографируемого района - это границы воздействия объекта. Для тактических и стратегических карт уязвимости протяженного побережья, например, прибрежья Кольского полуострова, картографируемые районы (каждый из которых размещается на отдельной карте) - это участки прибрежной акватории в границах карты стратегического (1:500000÷1:2000000) или тактического (1:150000÷1:250000) масштабов при размещении карты на всем листе формата A3. Вопрос выбора границ «картографируемого» района тактических и стратегических карт важен для больших протяженных участков прибрежья, так как для них это существенно отражается на результатах оценки уязвимости. Здесь этот вопрос детально не описан.

Проводится нормировка исходных данных ВКБ: исходные данные нормируют на среднегодовое значение обилия экологической группы (биотического компонента) для всех карт ВКБ. Т.е. находится среднегодовая численность или биомасса группы (обилие) для картографируемого района, на которую делятся значения численности на единицу площади или плотности биомассы каждого конкретного полигона экологической группы/подгруппы/вида в каждый сезон. При этом обилие за сезон/месяц (по которым вычисляют среднегодовое обилие группы) рассчитывают, суммируя для отдельных полигонов биомассы/численности биоты.

«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 уязвимости биоты сезонные или по месяцам карты распределения компонентов (экологических групп/подгрупп/видов) биоты нормируют на обилие соответствующей g-й экологической группы P^yg в среднем за год «y» (на среднегодовую численность или биомассу в картографируемом районе), и получают для каждого сезона распределение относительных за год значений обилия:

B^sg[y]=B^sg/P^yg.

Отношение B^sg (например, в единицах г/м²) к обилию P^yg в картографируемом районе (в граммах) дает на единицу площади (1/м²) долю от среднегодового обилия для этого района в конкретный сезон.

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

Затем для каждого отдельного сезона или месяца осуществляют построение карт уязвимости биоты путем «сложения» исходных карт распределения всех компонентов биоты B^sg[y] с учетом коэффициентов по формуле:

= ∑_g B^sg[y] × .

Процесс «сложения» исходных карт выполняется средствами 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 со значениями относительной плотности обилия группы/подгруппы/вида B^sg[y], умноженными 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 нормируют на максимальное значение уязвимости за сезон или месяц для карт «относительной» уязвимости (=/ (maxза сезон s)) или за год для карт «абсолютной» уязвимости , переходя в диапазон значений уязвимости, равный или соответственно, и получают исходные карты «относительной» и «абсолютной» уязвимости биоты в картографируемом районе. Данная процедура необходима для построения карт интегральной уязвимости.

Осуществляют построение карт уязвимости особо значимых объектов (ОЗО). Определяют перечень ОЗО природно-техногенной среды (без биоты) и строят исходные карты распределения C^sj; 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 , исходя из экологической, социокультурной и хозяйственной значимости, при этом соотношение оценок принятых экспертами для должно отражать близкое к реальности соотношение важности (значимости) соответствующих социально-экономических объектов на метрической шкале. Для построения карт уязвимости ОЗО проводят «сложение» полученных карт расположения ОЗО для каждого сезона или месяца в отдельности, предварительно умножая значения полигонов C^sj на коэффициенты : . Полученные значения уязвимости ОЗО нормируют на максимальное значение уязвимости в сезон и переходят в шкалу для карт «относительной» уязвимости. При нормировке на за год получают карты распределения в диапазоне . Итог: сезонные карты «относительной» и «абсолютной» уязвимости ОЗО.

Выполняют построение карт уязвимости природоохранных территорий (ПОТ). Определяют перечень и расположение ПОТ и готовят исходные карты их распределения 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, при этом соотношение оценок, принятых экспертами для , должно отражать близкое к реальности соотношение важности (значимости) соответствующих природоохранных территорий на метрической шкале. Для построения карт уязвимости ПОТ проводят «сложение» полученных карт расположения ПОТ для каждого сезона или месяца, предварительно умножая значения полигонов на коэффициенты приоритетной защиты : =∑_ƒ ×. Выполняют нормировку полученных карт как для ОЗО, используя (за сезон или год). При одинаковых значениях для всех сезонов или месяцев, такую операцию проводят один раз. Получают карты распределения с диапазоном и . Итог: сезонные карты «относительной» и «абсолютной» уязвимости ПОТ.

С учетом особенностей распределения ВКБ, ОЗО и ПОТ, а также их различной уязвимости от нефти определяют границы сезонов, для которых будут строиться интегральные карты уязвимости.

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

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).

Диапазон полученных значений уязвимости для каждого сезона делится на 3-5 поддиапазона. Поддиапазонам с максимальной интегральной уязвимостью присваивают ранг 3 (5), с минимальной уязвимостью - ранг 1. Полигоны с разными значениями рангов окрашивают на итоговых картах, например, в стандартные цвета «светофорной» шкалы, от зеленого до красного: 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 рангами 5, при 5-ранговой шкале, и участки с рангами 3, при 3-ранговой.

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

Диапазон интегральной уязвимости за год делят на 3-5 поддиапазонов. Поддиапазонам с максимальной интегральной уязвимостью присваивают ранг 3 (5), с минимальной уязвимостью - ранг 1. Полигоны с разными значениями рангов окрашивают на итоговых картах, например, в стандартные цвета «светофорной» шкалы, от зеленого до красного: 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.

Диапазоны полученных значений и делят на 3-5 поддиапазонов, не обязательно равных, но по строгой количественной процедуре, единой для всех карт (абсолютной и относительной уязвимости), с тем чтобы на большинстве карт относительной уязвимости площади с разной уязвимостью непосредственно у береговой линии присутствовали примерно в равных соотношениях.

Таким образом, в конечном итоге получают 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 равный, например, 100; для Красных книг федерального уровня k_rg равный, например, 70÷40; для региональных k_rg равный, например, 30÷20. Здесь r - индекс краснокнижного вида (r=1, или 1, 2, или 1, 2, 3…) в группе g. Значения k_rg выбирают эксперты с учетом важности этих видов, но с учетом количественных (метрических) соотношений. При расчете карт распределения уязвимости биоты для особо охраняемых подгрупп или видов в дополнение к коэффициенту уязвимости вводят указанный множитель - коэффициент охранного статуса.

Все полученные карты интегральной уязвимости и всю информацию, полученную в ходе построения этих карт, вводят в уже сформированную картографическую БД.

Построение всех вышеуказанных карт способом, изложенным в заявляемом изобретении на основе расчетов с метрическими величинами, обеспечивает повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти, 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 объектов (ОЗО) и природоохранных территорий (ПОТ). Определяют границы сезонов для исходных данных. Собирают данные о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, материалов экологического мониторинга, публикаций по результатам различных исследований, а также путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы. Собирают экспертные оценки специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными. Определяют численность на единицу площади и/или плотности биомассы групп/подгрупп/видов биоты, границы мест обитания важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона. 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 сезонные карты биоты с учетом сезонных особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти. Нормируют полученные сезонные карты распределения биоты путем деления значений сезонного распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты на обилие соответствующей экологической группы в среднем за год в картографируемом районе. 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. Строят карты уязвимости биоты путем “сложения” нормированных карт распределения ВКБ с учетом их коэффициентов уязвимости. Нормируют полученные карты уязвимости биоты. Строят карты расположения ОЗО и ПОТ для заданного картографируемого района. Присваивают на основе экспертных оценок значения приоритетной защиты для ОЗО и ПОТ. Строят по отдельности карты уязвимости ОЗО и ПОТ путем “сложения” исходных карт расположения ОЗО и ПОТ с учетом их значений уязвимости. Нормируют полученные карты уязвимости ОЗО и ПОТ. Определяют границы сезонов, для которых будут рассчитываться интегральные карты уязвимости, с учетом особенностей сезонного распределения ВКБ, ОЗО и ПОТ. Строят карты интегральной уязвимости. На последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости делят на 3-5 поддиапазонов, которые на картах окрашивают в разные цвета. Вводят полученную в ходе построения карт интегральной уязвимости информацию в картографическую БД. При этом коэффициенты уязвимости учитываемых групп/подгрупп/видов биоты рассчитывают по значениям чувствительности биоты, ее восстанавливаемости и потенциального воздействия на нее нефти, которые оценивают по метрической шкале. Значения чувствительности для пелагической биоты рассчитывают с учетом следующих параметров: летальная концентрация нефти или летальная нагрузка нефти, вызывающие гибель 50% биомассы или численности биоты в воде для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей в толще воды; предельно допустимая концентрация нефти в воде, не оказывающая воздействия на биоту. Значения чувствительности для биоты, контактирующей в основном только или большую часть времени с поверхностью воды, а не с ее толщей, рассчитывают с учетом следующих параметров: летальная толщина пленки нефти, вызывающая 50%-ную гибель биоты для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей большей частью на поверхности воды, а не в ее толще; предельное значение толщины пленки нефти, не оказывающее воздействия на биоту. Технический результат: повышение точности оценки уязвимости прибрежно-морских зон от нефти и нефтепродуктов.

Способ построения карт уязвимости прибрежно-морских зон от нефти на основе расчетов с метрическими величинами, включающий определение перечня учитываемых объектов: важных компонентов биоты (ВКБ) - экологических групп/подгрупп/видов биоты, особо значимых объектов (ОЗО) и природоохранных территорий (ПОТ); определение границ сезонов для исходных данных; сбор данных о распределении биоты из известных опубликованных и/или неопубликованных баз данных, материалов экологического мониторинга, публикаций по результатам различных исследований и путем отбора проб групп/подгрупп/видов биоты в процессе морских и прибрежных экспедиционных работ в разные сезоны или месяцы; сбор экспертных оценок специалистов о распределении биоты для участков слабо обеспеченных или не обеспеченных данными; определение численности на единицу площади и/или плотности биомассы групп/подгрупп/видов биоты, границ мест обитания важных биотических компонентов экосистемы моря от макрофитов до птиц и морских млекопитающих без учета фито- и зоопланктона; 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 сезонных карт биоты с учетом сезонных особенностей распределения отобранных экологических групп/подгрупп/видов биоты и их уязвимости от нефти; нормировку полученных сезонных карт распределения биоты путем деления значений сезонного распределения компонентов (групп/подгрупп/видов) биоты на обилие соответствующей экологической группы в среднем за год в картографируемом районе; 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; построение карт уязвимости биоты путем “сложения” нормированных карт распределения ВКБ с учетом их коэффициентов уязвимости; нормировку полученных карт уязвимости биоты; построение карт расположения ОЗО и ПОТ для заданного картографируемого района; присвоение на основе экспертных оценок значений приоритетной защиты для ОЗО и ПОТ; построение по отдельности карт уязвимости ОЗО и ПОТ путем “сложения” исходных карт расположения ОЗО и ПОТ с учетом их значений уязвимости; нормировку полученных карт уязвимости ОЗО и ПОТ; определение границ сезонов, для которых будут рассчитываться интегральные карты уязвимости, с учетом особенностей сезонного распределения ВКБ, ОЗО и ПОТ; построение карт интегральной уязвимости, при этом на последнем этапе построения карт интегральной уязвимости диапазон полученных значений интегральной уязвимости

делится на 3-5 поддиапазонов, которые на картах окрашиваются в разные цвета; ввод полученной в ходе построения карт интегральной уязвимости информации в картографическую БД, отличающийся тем, что расчет коэффициентов уязвимости учитываемых групп/подгрупп/видов биоты выполняют по значениям чувствительности биоты, ее восстанавливаемости и потенциального воздействия на нее нефти, которые оцениваются по метрической шкале; значения чувствительности S^g для пелагической биоты рассчитывают по формуле:

где

- летальная концентрация нефти (LC50) или летальная нагрузка нефти (LL50), вызывающие гибель 50% биомассы или численности биоты в воде для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей в толще воды,

ПДК - предельно допустимая концентрация нефти в воде, не оказывающая воздействия на биоту;

а значения чувствительности S^g для биоты, контактирующей в основном только или большую часть времени с поверхностью воды, а не с ее толщей, рассчитывают по формуле:

где

- летальная толщина пленки нефти (LL50), вызывающая 50%-ную гибель биоты для учитываемых групп/подгрупп/видов биоты, обитающей большей частью на поверхности воды, а не в ее толще,

ПДТ - предельное значение толщины пленки нефти, не оказывающее воздействия на биоту;

значения потенциального воздействия нефти на группы/подгруппы/виды биоты оценивают в процентах с учетом принятой модели поведения нефти; значения восстанавливаемости групп/подгрупп/видов биоты оценивают в годах, исходя из последствий близких по масштабам аварий с разливами нефти, по результатам научных исследований и/или на основе экспертных оценок; экспертно оценивают значения коэффициентов приоритетной защиты для ОЗО и ПОТ, при этом соотношения оценок, принятые экспертами для различных участков ОЗО и ПОТ, должны отражать близкое к реальности соотношение значимости соответствующих ОЗО и ПОТ на метрической шкале; диапазон полученных значений относительной и абсолютной интегральных уязвимостей делят на 3-5 поддиапазонов, не обязательно равных, но по строгой количественной процедуре, единой для всех карт абсолютной и относительной уязвимости, с тем чтобы на большинстве карт уязвимости площади с разной уязвимостью непосредственно у береговой линии присутствовали примерно в равных соотношениях.