Многолетний спутниковый мониторинг экологической обстановки в северной части Каспийского моря

С августа 2009 года группа компаний «СКАНЭКС» осуществляет спутниковый мониторинг акватории Северного Каспия. Основной задачей проекта является выявление основных источников пленочных загрязнений в районе месторождений им. Ю. Корчагина и им. Филановского, разрабатываемых компанией «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть». В статье представлен обзор технологий и методов спутникового мониторинга акватории Каспийского моря основные результаты проекта.

В рамках реализации проекта специалисты «СКАНЭКС» проводили комплексный оперативный спутниковый мониторинг, основанный на технологиях ScanNet (мультиспутниковые и мультидатчиковые съемки), ScanEx WEB GeoMixer® (веб-ГИС интеграция, визуализация и интерактивный анализ данных) и ScanDrifter (моделирование дрейфа плавучих объектов).

Источники информации

Основным источником информации о состоянии акватории Каспия стала  космическая радиолокация, позволяющая получать радиолокационные изображения (РЛИ) морской поверхности независимо от погодных условий и освещенности, а также данные о пленочных загрязнениях, ледовой и судовой обстановках в наблюдаемом районе.

Наиболее востребованными оказались РЛИ, получаемые с канадского радиолокационного спутника RADARSAT-2. Данные с него с минимальной задержкой после съемки принимаются на собственные наземные станции «СКАНЭКС» и в течение десяти минут после приема и синтеза изображения выкладываются на специальный геопортал, базирующийся на технологии ScanEx WEB GeoMixer®. Благодаря прямому приему данных дистанционного зондирования на станции компании временной период от момента съемки до поставки РЛИ заказчику составляет от нескольких минут до получаса. Для увеличения частоты съемки в процессе мониторинга также использовались данные немецкого TerraSAR-X и итальянских Cosmo-SkyMed 1-4.

Для повышения вероятности обнаружения и надежного распознавания пленочных/нефтяных загрязнений, оценки экологического состояния верхнего слоя моря и идентификации различных морских объектов в ходе реализации проекта также использовались оптические снимки низкого, среднего и высокого пространственного разрешения со спутников  Terra, Aqua, Landsat, SPOT, EROS, FORMOSAT-2 и др. На цветосинтезированных снимках по локальному изменению цвета моря (или яркости изображения) можно судить о наличии пленок нефти, массовых цветениях водорослей, о загрязнении морской среды терригенным взвешенным веществом и т.п.

Изображения оптических датчиков, дополняя данные космической радиолокации, позволяют решать ряд дополнительных задач:
– повышение вероятности обнаружения и надежности распознавания природы поверхностных пленочных загрязнений;
– отслеживание динамики перемещения и трансформации обнаруженных пленочных загрязнений на последовательной серии снимков;
– обнаружение малоразмерных загрязнений в районах расположения объектов ТЭК на снимках высокого пространственного разрешения;
– мониторинг судовой и производственной обстановки;
– обнаружение и идентификация стационарных и мобильных морских объектов (МСП, БУ, СБПУ и др.);
– оценка общего экологического состояния акватории Каспийского моря.

Для идентификации источников пленочного загрязнения, а также определения направления дрейфа пленок проводится избирательное моделирование дрейфа пятен с помощью программы ScanDrifter, которая позволяет генерировать информационные продукты (карты морского льда, скорости и направления ветра, уровня моря, геострофических течений, температуры поверхности моря и концентрации хлорофилла) на основе поиска архивных и оперативных спутниковых снимков в глобальных базах данных. Для обнаружения и идентификации судов-вероятных виновников разливов применяются данные систем автоматизированной идентификации судов (АИС). В большинстве случаев совмещение радиолокационных изображений и данных АИС позволяет однозначно идентифицировать суда-нарушители.

Наиболее интересные наблюдения

На рис. 1 показана сводная карта пленочных загрязнений, обнаруженных в 2014 г. в Северном и Среднем Каспии. Анализ данных мониторинга 2014 г. показал, что наибольшее количество пленочных загрязнений было детектировано в апреле, июне, июле и октябре. Наибольшая суммарная площадь пленок наблюдалась в июле, сентябре и октябре, наименьшая — в январе, марте и августе. Максимальное по площади пленочное загрязнение (судовой разлив длиной 65 км и площадью 19,1 кв. км) было обнаружено в июле на границе российского и казахстанского секторов на расстоянии около 26 км к югу от границы лицензионного участка. В ноябре и декабре пленочных загрязнений на РЛИ обнаружено не было, чему, по всей вероятности, способствовали гидрометеорологические условия (скорость ветра превышала 6–8 м/с).

При анализе рис. 1 можно также отметить, что самые крупные по площади пленочные загрязнения расположены вдоль судоходных трасс на подходных путях к портам России и Казахстана. Часто они представляют собой судовые сбросы, в том числе льяльных вод, вод машинного отделения и прочих жидких отходов, содержащих нефтепродукты, нередко в смеси с бытовыми отходами и отходами рыбопереработки.

Пример анализа РЛИ RADARSAT-2 от 19 января 2014 г., на котором был обнаружен разлив вблизи судоходной трассы, показан на рис. 2. По результатам моделирования установлено место образования разлива, а данные АИС позволили идентифицировать вероятного виновника загрязнения – им оказалось грузовое судно, следовавшее в Астраханский порт.

На рис. 3 показана интегральная карта пленочных загрязнений Северного и Среднего Каспия, обнаруженных во время мониторинга 2009–2013 гг. на РЛИ Envisat, RADARSAT-1 и RADARSAT-2. Анализ данных позволил сделать следующие выводы:

• В Северном Каспии, где активно идет нефтедобыча (на месторождениях им. Ю. Корчагина, им. Филановского) или подготовка к ней (на месторождении Сарматское), собственно нефтяных загрязнений (утечек) как таковых не обнаружено (рис. 1, 3). На многолетней карте распределения пленочных загрязнений Северного и Среднего Каспия (рис. 3) видно, что самые крупные по площади пленочные загрязнения детектировались вдоль судоходных трасс и на подходных путях к портам России и Казахстана; они часто представляют собой судовые сбросы (льяльные вод, воды машинного отделения и прочие жидкие судовые отходы, содержащие нефтепродукты).
• Существенный вклад в загрязнение Каспийского моря, причем сырой нефтью, вносят естественные источники — грифоны, сипы и грязевые вулканы. Это явление характерно для Каспийского моря, особенно для южной и юго-западной его частей. Кроме того, сейчас становится ясно, что постоянное загрязнение нефтью в районе нефтепромыслов Нефтяные Камни (рис. 3) может быть также обусловлено грифонной активностью как естественного, так и техногенного характера, а не проблемами с нефтедобывающим оборудованием, как считалось ранее. Заслуживает внимания природно-техногенная грифонная активность на границе Северного и Среднего Каспия, наблюдаемая в активной фазе с 2012 г.

Результаты

Всего в 2009–2014 гг. было проведено 998 сеансов радиолокационной съемки лицензионных участков ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» в Каспийском море и обнаружено 426 пятен пленочных загрязнений суммарной площадью 792 кв. км. Крупные по площади судовые пленочные загрязнения (от 10 до 69 кв. км) наблюдались в Каспийском море как в российском и казахстанском секторах, так и на их границе. Средняя частота съемки составила 1 кадр в 1,6 суток. Анализ данных и результатов многолетнего мониторинга показал, что основным источником пленочных загрязнений северной части Каспийского моря служит активное судоходство. Согласно наблюдениям в акватории Северного Каспия можно выделить три основных района (зоны риска) сосредоточения пленочных загрязнений антропогенного происхождения, связанных с судоходством:

• Астраханский морской рейд и прилегающая акватория, куда приходят суда из портов Казахстана, Туркменистана, Ирана и Азербайджана, следуя по судоходным трассам, некоторые из которых пересекают лицензионные участки «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть»; здесь обнаружено наибольшее количество мелких пленочных загрязнений.
• Судоходная трасса Актау – Форт Шевченко – о-ва Кулалы – Атырау в казахстанском секторе моря, в том числе связывающая порт Баутино (операционная база судов обеспечения) и месторождение Кашаган, а также порты Актау и Атырау с портами других стран Каспийского региона.
• Судоходные трассы Махачкала – Астрахань, Актау – Махачкала и Актау – Баку.

Наравне с активным судоходством, одной из главных проблем Каспия является аномально высокая активность естественных источников нефти, особенно в южной части моря. Пленочные загрязнения (утечки нефти), связанные с работами по нефтедобыче, проводимыми в Северном Каспии на месторождениях им. Ю. Корчагина и им. Филановского, обнаружены не были.

Результаты мониторинга показали, что технология и методология мониторинга нефтяных загрязнений с использованием мультиспутниковой и мультиспектральной съемки, данных мировых баз и архивов, а также результатов оперативного моделирования является одной из самых передовых и  эффективных. Разработанные в компании «СКАНЭКС» технологии, методы и подходы могу быть применены не только для контроля ТЭК Каспийского моря, но и для всех других морей России, в том числе арктических.

Полный текст статьи опубликован на сайте журнала «Земля из космоса»