1 ВВЕДЕНИЕ
В структуре ОАО «Газпром», включающей такие подотрасли как газодобыча, транспорт, хранение и переработка газа в единую технологическую цепочку от добычи до поставки газа потребителям, подземные хранилища газа (ПХГ) иг-I рают важную роль.
Создание ПХГ в пористых средах в нашей стране начато в 1958 г. введе-
I нием в эксплуатацию мелких выработанных залежей истощенных месторож-
¦ дений Куйбышевской области. Данные ПХГ предназначались в основном для
утилизации попутного нефтяного газа. В этом же году началась эксплуатация
Елшано-Курдюмовского ПХГ в Саратовской области [1, 2].
j За последующие 43 года проведена огромная работа по созданию под-
земных хранилищ газа в Единой Системе Газоснабжения (ЕСГ). В настоящее время наблюдается увеличение роли ПХГ в надежной работе ЕСГ. Проходящая реструктуризация потребления энергоресурсов в пользу газа и развитие . рыночных отношений постоянно увеличивают сезонную неравномерность потребления газа. Поэтому модернизация и строительство ПХГ вошло в список » первоочередных дел ОАО «Газпром».
Одним из основных элементов топливно-энергетического комплекса России является ЕСГ, представляющая собой совокупность взаимосвязанных элементов (подсистем) дальнего транспорта, ПХГ и распределения, осуществляющих непрерывный процесс подачи газа потребителям. Особая роль в комплексе обеспечения высокой надежности фунционирования ЕСГ, стабильных и гарантированных поставок газа потребителям важная роль принадлежит ПХГ.
Сейчас в России создана развитая система ПХГ, включающая 23 объек-1 та, в которых хранится около 80 млрд. м3 активного газа. Максимальная су-
точная производительность всех ПХГ составляет около 450 млн. м3. Количество буферного газа в хранилищах с учетом оставшихся от разработки 35 млрд. м3 составляет 80 млрд. м3 [1].
В истощенных газовых месторождениях создано 70 % существующих и сооружаемых ПХГ. Большинство ПХГ являются крупными подземными хранилищами, создание которых вызвано потребностями развития газовой промышленности России. i ПХГ имеют многоцелевое назначение в системе газоснабжения:
- регулирование сезонной неравномерности;
- дополнительная подача газа потребителям в аномально холодную зиму;
- обеспечение надежности экспортных поставок газа;
- создание долгосрочных резервов на случай непредвиденных экстремальных ситуаций;
- создание оперативных запасов газа на случай кратковременных аварийных ситуаций в системе газоснабжения.
Созданная в России система хранилищ позволяет обеспечить:
• 15 % объема годового потребления российских потребителей;
• 40 % дневного потребления газа российскими потребителями;
• 12 % объема экспортных поставок газа.
По своему назначению подземные хранилища газа подразделяются на оперативные и резервные [3 - 5]. Оперативные хранилища газа делятся на базисные (сезонные) и пиковые. Базисные предназначены для регулирования сезонной неравномерности газопотребления и по технологическому признаку характеризуются относительно стабильными режимами закачки и отбора газа. Различают газовые хранилища - в водоносных пластах и в истощенных газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождениях (залежах). Одним из таких оперативных базисных хранилищ является ПХГ, созданное в истощенной газовой залежи хадумского горизонта.
Подземные хранилища газа (ПХГ) в терригенных коллекторах, по сути происходящих процессов, являются сложной системой, поведение которой обуславливается воздействием внешних и внутренних факторов. Эксплуатация подземных хранилищ газа отличается от разработки газовых месторождений кратковременностью и интенсивностью происходящих процессов. Активный объем газа ПХГ должен быть отобран за 90-180 сут. Исходя из этого, в технологической системе ПХГ используется значительно больший действующий фонд скважин. Кроме того, для ПХГ, характеризующихся значительной площадью газоносности и неравномерностью эксплуатации отдельных зон большое значение с целью совершенствования геоэкологической безопасности эффективной эксплуатации ПХГ имеет разработка методов выбора рациональной плотности сетки скважин ПХГ, оценки запасов газа по результатам газодинамических исследований источника газопроявления, прогнозирования предельных режимов работы ПХГ, позволяющих рационально прогнозировать режимы эксплуатации ПХГ, а также определения современного состояния экологической безопасности Северо-Ставропольского подземного хранилища газа.
Работа ЕСГ в значительной степени определяется резкой неравномерностью потребления газа во времени (сутки, неделя, месяц, год). На потребность в газе влияет множество природно-техногенных факторов как периодического, так и стохастического характера. Это определяет ярко выраженный переменный характер потребности в газе. Особенно большое влияние на динамику потребности в газе оказывает погода. Так, например, спрос на газ в холодные зимние дни превышает среднегодовой суточный его расход в 10 -15 раз [6, 7].
В силу специфических особенностей подземные хранилища газа не только подвергаются воздействию внешних и внутренних факторов, но и сами оказывают значительное техногенное влияние на объекты природной среды. При этом геохимический техногенез свойственен всем этапам - от бурения скважин и строительства объектов до введения их в эксплуатацию, а так же на протяжении всего периода эксплуатации хранилищ.
Обеспечивая бесперебойную, равномерную, независимо от сезона года, поставку газа потребителям, подземные хранилища, при всех отличиях положения искусственной залежи (соляные, нефтегазоносные структуры, водоносные горизонты) характеризуются подобием технологических схем и определенным набором технологических объектов, входящих в их инфраструктуру. В связи с этим, воздействие ПХГ на окружающую среду может считаться однотипным и при нормальном технологическом режиме работы отличается только масштабом [8, 9]. Масштаб же воздействия ПХГ на окружающую среду, при
прочих равных условиях, контролируется показателями, характеризующими как состояние отдельных компонентов природной среды и экосистем в целом, так и характеристиками, определяющими устойчивость последних к воздействию ПХГ. Исходя из этого, методические подходы, разработанные для одного из ПХГ и результаты, полученные в процессе проведения оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) могут быть использованы для всей подотрасли в целом.
В этой связи весьма актуальными являются вопросы рационального природопользования при строительстве объектов хранилищ (скважин, дожимных компрессорных скважин и т.п.), совершенствования геоэкологического контроля и повышение уровня экологической безопасности технологических процессов при эксплуатации ПХГ.
Срок эксплуатации ПХГ составляет минимум 50 лет. Поэтому для эффективного его функционирования является весьма актуальным совершенствование системы геоэкологического контроля при эксплуатации ПХГ.
Одно из крупнейших газовых месторождений Европейской части России -Северо-Ставропольское, расположено в пределах Изобильненского района Ставропольского края. Месторождение открыто в 1950 г., а в декабре 1956 г. введено в промышленную разработку. Данное месторождение является многопластовым. Газовые залежи приурочены к чокракскому (средний миоцен) горизонту, к хадумскому (олигоцен) горизонту и горизонту зеленая свита (эоцен). В настоящее время это месторождение закончено разработкой, а в ха-думском горизонте и горизонте зеленая свита создаются подземные хранилища газа.
В последние годы Северо-Ставропольское ПХГ (СС ПХГ) используется как один из основных источников газа в регионе, когда в наиболее напряженные зимние месяцы газ по системе газопроводов Северный Кавказ-Центр в район расположения СС ПХГ не только практически не поступает, но и имеет место обратный поток газа для газоснабжения потребителей Ростовской области, Краснодарского края и других районов. То есть, хранилище играет роль источника автономного газоснабжения региона. А этот факт требует совершенно иного подхода к определению необходимых объемов активного газа в хранилище.
Решение рассматриваемой в диссертационной работе проблемы осуществлялось в соответствии с планами научно-исследовательских работ в рамках Программы работ на 1998 - 1999 гг. по увеличению суточной производительности ПХГ, долгосрочной Программы научных исследований для обеспечения эффективного развития ОАО «Газпром», Программы научно-исследовательских работ ОАО «Газпром» в области подземного хранения газа.
Целью диссертационной работы является оптимизация технологических режимов, снижающих воздействие на окружающую среду, оценка состояния окружающей среды и разработка системы экологического контроля при эксплуатации подземных хранилищ газа.
Основные задачи исследований:
1. Выявление значимых факторов воздействия на окружающую среду Северо-Ставрополоьского ПХГ;
2. Оценка современного состояния окружающей среды в районе СС ПХГ;
3. Разработка системы экологического контроля за воздействием СС ПХГ на окружающую среду и состоянием окружающей среды;
4. Исследование влияния плотности сетки скважин на окружающую среду (поверхность земли и недра со всеми компонентами и протекающими в них процессами);
5. Определение взаимосвязи производительности скважин хранилища и газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций при различных термобарических параметрах;
6. Разработка методики оценки запасов газа источников газопроявлений по результатам газодинамических исследований.
Научная новизназаключается в следующем:
• Впервые выделены значимые факторы воздействия и установлено состояние окружающей среды в зоне влияния Северо-Ставропольского ПХГ.
• Разработана методика выбора рациональной плотности сетки скважин ПХГ, учитывающая внутри пластовое взаимодействие между зонами соседних ГРП.
• Разработан метод прогнозирования предельных режимов работы ПХГ, учитывающий объекты хранилища как единую газодинамическую систему «пласт-скважины-газосборные сети-дожимные компрессорные станции».
• Усовершенствована методика оценки запасов газа источника газопроявления при неизвестной глубине его.
• Разработана система экологического контроля при эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ.
Практическая ценность заключается в том, что проведенная оценка современного состояния окружающей среды и реализованная система экологического контроля позволяют осуществлять мониторинг воздействия СС ПХГ на природную среду, разрабатывать необходимые природоохранные мероприятия. Предложенные методы выбора рациональной плотности сетки скважин и прогнозирования предельных режимов работы ПХГ дают возможность уменьшить вероятность техногенных утечек газа из ПХГ, минимизировать количество работающих газоперекачивающих агрегатов и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Методика оценки запасов газа источника газопроявления позволяет выбрать и реализовать оптимальную технологию ликвидации непредвиденных утечек газа.
Реализация результатов исследований.
Результаты работы использованы при составлении:
- отчетов по авторскому надзору за осуществлением технологического проекта создания и эксплуатации СС ПХГ в хадумском горизонте и горизонте зеленой свиты,
- рекомендаций по совершенствованию системы экологического, геолого-промыслового контроля за эксплуатацией СС ПХГ;
- регламента контроля за эксплуатацией ПХГ;
- рекомендаций технологических режимов эксплуатации ПХГ в периодах 1998-2003 гг.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались автором на III Региональной научно-технической конференции «ВУЗовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 1999), XII Международном конгрессе «Новые технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики и
связи» (Геленджик, 2002), заседаниях Секции по подземным хранилищам газа Комиссии по месторождениям и ПХГ ОАО «Газпром» (Саратов, 1998, 2002, Москва, 1999, 2000, 2001, Валдай, 2000, Нижний Новгород, 2001, Уфа, 2002), научно-техническом совете Управления по подземному хранению газа и жидких углеводородов ОАО «Газпром» (Москва, 2000), научно-практическом семинаре «Проблемы моделирования работы скважин и пластовых систем при создании и эксплуатации ПХГ в пористых пластах» (Москва, 2001), секции «Экология и охрана окружающей среды» НТС ОАО «Газпром» (Сочи, 2002), VII Международной научно-практической конференции «Научно-техническая информация и научно-техническая реклама-2002» (Москва, 2002).
Публикации. Результаты проведенных исследований автора отражены в 14 научных публикациях.
Фактический материал. Основой диссертационной работы послужили исследования автора, выполненные в ООО «Кавказтрансгаз» за период 1990 -2003 гг. Автором проанализирован фактический материал, изложенный в печатных и рукописных работах ОАО «Ставропольнефтегеофизика», ПФ «Став-ропольгазгеофизика», ОАО «СевКавНИПИгаз», ООО «ВНИИгаз» и других организаций.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 312 страницах машинописного текста, 109 рисунков, 70 таблиц. Список использованных источников включает 122 наименований.
Автором защищаются следующие основные положения:
1. Разработанные методы выбора рациональной плотности скважин и прогнозирования предельных режимов работы ПХГ, позволяют минимизировать количество работающих газоперекачивающих агрегатов, снизить выбросы в атмосферу, уменьшить вероятность техногенных утечек газа из ПХГ.
2. Значимыми факторами воздействия СС ПХГ на окружающую среду являются выбросы в атмосферу углеводородов, оксидов азота и углерода, эмиссия метана с территории, загрязнение буровыми растворами и механическое воздействие на почвенный покров, загрязнение поверхностных и грунтовых вод.
3. В районе СС ПХГ выявлено незначительное (1,2 -1,5 ПДК) загрязнение атмосферного воздуха, нарушение почвенного покрова в прискважинном пространстве, загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Помимо СС ПХГ, на окружающую среду существенное влияние оказывают населенные пункты и автодороги, вблизи которых установлены основные участки загрязнения.
4. Оптимальная программа производственно-экологического мониторинга СС ПХГ включает контроль источников воздействия на окружающую среду (ДКС, скважины, газопроводы, ГРП), наблюдения за состоянием природной среды (атмосфера, почвы, поверхностные и подземные воды), контроль за герметичностью ПХГ и процессами в пластах-коллекторах газа.
Диссертационная работа выполнена под руководством члена-корреспондента РАЕН, MATH, доктора геолого-минералогических наук С.А. Варягова, которому автор выражает искреннюю признательность и благодарность.
В процессе выполнения исследований автор пользовался советами Б.В. Будзуляка, В.В. Зиновьева, Ю.К. Игнатенко, Л.А. Морозовой, В.И. Беленко и многих других. Всем им диссертант считает приятным долгом выразить свою благодарность.
• 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЕВЕРО-СТАВРОПОЛЬСКОЙ ПЛОЩАДИ
Северо-Ставропольское ПХГ расположено на территории Ставропольского : края примерно в 30 км к северо-западу от г. Ставрополя. Площадь горного от-
I вода СС ПХГ составляет более 680 км2. На этой площади расположено не-
: сколько населенных пунктов (п. Рыздвяный, Московское, Пелагиада, с. Рож-
! дественская, Староизобильная; х. Беляев, Широбоков, Найденовское, Гонча-
ров, Спорный, Сухой, Козлов) и др., административно относящиеся к четырем
• районам; Изобильненскому, Труновскому, Александровскому и Шпаковскому. ! По территории горного отвода проходит большое число автомобильных дорог
и железнодорожная ветка Ставрополь-Кавказская.
I При рассмотрении климатических условий необходимо, прежде всего, ак-
центировать внимание на тех показателях, которые лимитируют аккумуляцию, i распределение и деградацию загрязняющих веществ в окружающей среде.
| Среди этих показателей важнейшими являются ветровой и температур-
ный режим, количество осадков, их агрегатное состояние и т.д.
Объект расположен в умеренно-континентальной климатической зоне. | ¦ Климатические условия в районе расположения объекта, в целом, характери-
' зуются значительными амплитудами суточных и сезонных изменений темпе-
¦ ратуры воздуха, неравномерным распределением по сезонам количества вы-
' падающих осадков с максимумом в мае - июне, существеннными различиями
в состоянии неба по сезонам, и, преимущественно, антициклоническим харак-; тером циркуляции атмосферы.
I Зима, как правило, длится 3 - 3,5 месяца - с декабря по середину марта;
весна - 2 - 2,5 месяца - с середины марта по май; продолжительность лета, обычно, 3,5 - 4 месяца - с июня до второй, а иногда и третьей декады сентяб-, # ря; осени - 2 - 2,5 месяца - с конца сентября по ноябрь.
Существенное влияние на формирование климата в районе расположе-
; ния объекта оказывают Кавказские горы. Они затрудняют проникновение из
| Закавказья на север теплого и влажного средиземноморского воздуха, и, с
I другой стороны, задерживают холодные арктические воздушные массы, что
усиливает континентальность климата в зимний сезон.
Данные климатических наблюдений были собраны по метеостанции Ставрополь и четырем метеорологическим постам в окрестностях города. « Температура воздуха имеет существенное значение при рассмотрении
условий миграции, деградации в атмосфере и аккумуляции загрязняющих веществ. В зависимости от температуры воздуха находится работа объектов, выбрасывающих в атмосферу загрязняющие вещества.
; цНаиболее холодным месяцем является январь, среднемесячные темпе-
ратуры в январе изменяются от 0 -1 в теплые годы, до минус 6 - 8 °С в холодные годы, преобладают температуры от минус 3 до минус 5 °С. Абсолютный минимум температуры воздуха в январе достигал минус 36 °С, абсолютный максимум + 18 °С.
Весенние месяцы характеризуются, преимущественно, положительными . значениями температуры воздуха. Среднемесячная температура апреля составляет от + 7 до + 9 °С, а в мае она повышается до + 13 - + 15 °С. Самая поздняя дата, когда наблюдались отрицательные температуры на метеостан-
ции Ставрополь 1 июня. Как правило, однако, заморозки наблюдаются только до середины апреля, преимущественно, в ночные часы.
Самым теплым месяцем является июль, среднемесячные температуры в июле изменяются от+14-+16в холодные годы, до + 25 - + 27 °С в теплые, преобладающие температуры - + 20 - + 22 °С. Абсолютный максимум температуры воздуха наблюдался в июле и составил + 40 °С.
Осенью среднемесячные температуры воздуха остаются положительными, как правило, до конца ноября. Они составляют в сентябре + 14 - + 16, в октябре - + 8- + 10, в ноябре - + 2 - + 3 °С. Заморозки начинают наблюдаться обычно в середине октября, самая ранняя дата, когда наблюдались морозы на метеостанции Ставрополь -17 сентября.
Продолжительность безморозного периода в самые теплые годы достигает 224 дней, а в холодные составляет 130 дней, средняя продолжительность - 170 -180 дней.
Осадки являются важным фактором, влияющим на содержание в воздухе взвешенных и газообразных загрязняющих веществ. Выпадение осадков приводит к ускорению процесса премещения загрязнителей из транзитной среды - воздуха в депонирующую - почву или снежный покров. Наибольшее количество атмосферных осадков выпадает, как правило, в мае - июле. В этот период выпадает, в среднем, от 80 до 95 мм/мес. Наименьшее количество осадков выпадает в январе-марте, в среднем - 35 - 45 мм/мес.
Среднегодовое количество осадков по метеостанции Ставрополь составило 715 мм. В целом, теплое время года характеризуется большей интенсивностью осадков, чем холодное. В теплое время выпадает до 70 % годового количества осадков.
Большое количество осадков в летние месяцы объясняется образованием кучево-дождевых облаков, из которых выпадают ливневые дожди большой интенсивности, дающие иногда более 30 мм осадков в сутки.
Мощная конвективная облачность с высотой верхнего края 9 -12 км часто сопровождается грозами. Наибольшее число дней с грозами отмечается в июне и июле и составляет 13 дней в месяц. Среднее число дней с грозами в июле - августе обычно находится в пределах от 4 до 7 случаев в месяц. Иногда из мощной кучево-дождевой облачности выпадает град. В среднем, в год наблюдается 2-3 дня с градом, главным образом в мае - июле, в отдельные годы град не выпадает вообще или, напротив, число дней с градом доходит до 5.
В осенние и зимние месяцы преобладают осадки обложного характера небольшой интенсивности, но продолжительные по времени. Количество выпадающих осадков в этор период составляет, преимущественно, от 1\цо 5 мм/сут.
Изучение снежного покрова позволяет оценить характер загрязнения воздушного бассейна, так как при снегопаде происходит сорбция загрязнителей и накопление их в отложившемся снежном покрове. Снежный покров начинает образовываться, чаще всего, с третьей декады ноября и держится до конца марта. К концу декабря высота снежного покрова достигает обычно 5 см, однако в отдельные годы устойчивый снежный покров вообще не образуется (30 % зим). Наибольшая декадная высота снежного покрова наблюдается в феврале и составляет 11 см. Максимальная высота снежного покрова по
/с?
* данным многолетних наблюдений на метеостанции Ставрополь достигала 80
см, однако, в среднем, наибольшая высота снежного покрова составляет 16 см.
Самая ранняя дата появления устойчивого снежного покрова по данным метеостанции Ставрополь -12 ноября. Разрушение устойчивого снежного покрова происходит, как правило, в начале марта.
Самая поздняя дата разрушения устойчивого снежного покрова по метеостанции Ставрополь - 8 апреля.
9 Днем со снежным покровом считается такой день, в который при наблю-
дении в 7 часов утра более 50 % видимой поверхности покрыто снегом. Устойчивым снежным покровом считается такой покров, который лежит непрерывно в течение всей зимы или с перерывом не более трех дней в течение каждых 30-ти дней его залегания. Число дней со снежным покровом составляет, в среднем, 75 дней.
Перенос загрязняющих веществ от их источников на окружающую территорию происходит за счет ветров. Знание преобладающих направлений и скоростей ветров позволяет оценить к какому источнику относится тот или иной
» загрязнитель, обнаруженный в воздухе. Ветровой режим характеризуется до-
вольно-таки значительной изменчивостью по сезонам. Повторяемость ветров различных направлений по среднемноголетним данным иллюстрирует роза ветров (рис. 1). Зимой преобладают ветра восточных, юго-западных и, в меньшей степени, северо-восточных румбов, летом преобладают ветра западных, северо-западных и, частично, юго-западных направлений. При восточном потоке воздуха часто образуются суховеи, повреждающие верхний плодородный слой почвы.
Наибольшая скорость ветра наблюдается в феврале, наименьшая - в
• летние месяцы. Средняя скорость ветра в феврале достигает 6,8 м/с, в июле -3,9 м/с. Максимальная скорость ветра, отмеченная на метеостанции Ставро-
! поль, составила 40 м/с, наблюдалась в конце марта при восточном направле-
! нии. Чаще всего наблюдаются ветра со скоростями 2-5 м/с - 44 % случаев,
' со скоростями 0-1 м/с - 23 % случаев, со скоростями 6 -10 м/с - 22 % случа-
ев, со скоростями 11-15 м/с - 6 % случаев, более сильные ветра наблюдались в 5 % случаев.
Если проанализировать данные по скорости ветра в разные часы суток,
# то, очевидно, что максимальные скорости ветра - от 3 до 6,5 м/с наблюдаются в дневные часы, а минимальные - от 0,5 до 2,5 м/с в ночные. При этом в теплый сезон отличия скоростей ветра в зависимости от времени суток намного существенней, чем в холодное время. В летние месяцы ночью ветер, как правило, очень слабый (0,5 -1 м/с), а днем скорость ветра достигает, в среднем, 4-6 м/с. Зимой же, скорость ветра ночью составляет 2-5 м/с, практически не отличаясь от дневных скоростей.
Перевевание снежного покрова приводит к перемещению больших масс снега. Поэтому при оценке загрязнения атмосферы, производимой по анализу содержания загрязняющих веществ в снежном покрове, учет этого фактра весьма важен. В зимнее время довольно часто наблюдаются метели, при которых происходит интенсивный перенос снега в приземном слое. В результате снег скапливается в низинах и близ препятствий, а на открытых возвышенных участках происходит уменьшение толщины снежного покрова. Число дней
Роза ветров среднегодовая по многолетним данным (%)
4 25%-
ф ф ф * ф " * * т
в 0 в ф Ш в Ф 0 9 т т ф л 0 ' * 15%. ;;S1 ^
\ Я • « * % %¦ Л -^q^fee-X .
* % ЮЗ •- / * *
Щ
Ю
ЕЗ Повторяемость ветров по румбам (%)
Рис. 1.
с метелями, в среднем, составляет 3 - 5 в месяц, за год -16 дней с метелями. Максимальное число дней с метелями в месяц, по многолетним данным достигает 14 (февраль), а за год - 41.
В зависимости от наличия или отсутствия облачности изменяется характер вертикальных движений воздуха, влияющий на перенос загрязняющих веществ из приземных слоев на высоты и наоборот. Для района расположения объекта характерно большое отличие состояния неба в зимний и летний период. В холодное время года преобладает пасмурная погода, наблюдается, главным образом, облачность нижнего яруса - слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые облака, а также многослойная, включающая облака среднего и верхнего ярусов.
В теплое время года чаще наблюдается облачность вертикального развития - кучевая и кучево-дождевая, а также облака среднего и верхнего ярусов.
По общей облачности в холодный период года число ясных дней составляет 1-3 дня в месяц, в теплый период - 6 -11 дней в месяц. ч
Число пасмурных дней по общей облачности в холодный период составляет, в среднем, 14 -16 дней в месяц, в теплый период - 3 - 5 дней в месяц.
По нижней облачности число ясных дней в месяц изменяется, в среднем, от 7 - 9 в холодный период, до 14 -17 дней в теплый период года.
Число пасмурных дней в месяц по нижней облачности изменяется, в среднем, от 7 -10 в холодный период, до 0 - 2 дней в теплый период года.
В холодное время года число дней без солнца составляет, в среднем, 8 -12, а в теплое время, составляет 0-2 дня в месяц. Среднее многолетнее число дней без солнца - 64 дня в год.
Рост влажности воздуха в приземном слое приводит к увеличению содержаний аэрозольных загрязнителей переходящих в связное состояние, газообразные загрязнители активно вступают в реакцию с парами воды. Перенос при высокой влажности менее интенсивен. Относительная влажность воздуха в районе расположения объекта в холодное время года высокая, преобладающие значения составляют - 82 - 84 %. В теплое время относительная влажность воздуха намного ниже, чем в холодное. В дневные часы в теплый период относительная влажность уменьшается до 45 - 50 .%, а ночью и утром несколько выше - 65 - 70 %. В холодное время года суточный ход изменений относительной влажности весьма незначителен - 75 - 85 %.
В условиях высокой влажности, слабого ветра и инверсии температуры воздуха в приземном слое атмосферы образуются туманы. Инверсии, индикатором которых являются туманы, оказывают большое влияние на увеличение концентраций загрязняющих веществ в приземном слое, ограничивая распространение загрязненного воздуха в верхние слои атмосферы. Чаще туманы наблюдаются осенью и зимой, число случаев наблюдений, в среднем, составляет - 15 - 20 случаев в месяц. Летом туманы наблюдаются много реже -1-4 случая в месяц.
В целом, за холодный период года число дней с туманами составляет — 80 - 90, за теплый период число дней с туманом в среднем - 15 - 20 дней.
Продолжительность туманов в холодный сезон - около 7, в теплый - около 4 час/сут.
Этот показатель влияет на условия жизнедеятельности метанопогло-щающих микроорганизмов в почве, играющих важную' роль в формировании баланса между выделением и поглощением метана из почвы. При низких температурах зти микроорганизмы не проявляют активности, и, напротив, очень активны в тепле. Среднемесячная температура поверхности почвы в январе составляет от -5, в июле - + 27 °С. Переход температуры почвы к от- рицательным значениям происходит обычно в декабре, а к положительным - в марте.
Промерзание почвы практически не происходит. В январе-феврале, как правило, температура почвы на глубине 0,25 м составляет 0 - + 0,5 °С.
Реки, протекающие по рассматриваемому региону, являются левыми притоками Нижнего Дона. Основные водные артерии - это реки Егорлык и его притоки Ташла, Русская, Правоегорлыкский канал. По Невинномысскому каналу, построенному в 1948 г., часть воды р. Кубани перебрасывается в р. Егорлык, а также в Сенгилеевское и Егорлыкское водохранилища. Река Русская, берущая свое начало в двух километрах западнее железнодорожной станции Палагиада, протекает в северо-западном направлении. В районе ху- тора Козлов в р. Русскую слева впадает р. Вербовка, а ниже по течению в Русскую справа впадает р. Чибрик. Средний годовой сток реки Русской со- ставляет 0,010 - 0,015 м3/с [10]. В целях орошения на ней построен ряд пло- тин из земли для образования прудов.
В месте впадения Русской в р. Егорлык сооружено Новотроицкое водохранилище для питьевого и технического водоснабжения. Правоегорлыкский канал берет начало от Новотроицкого водохранилища, который далее проходит в четырех километрах севернее пдселка Изобильный, через с. Донское и соединяется с каналом Левая ветвь.
Река Ташла берет начало в с. Шпаковское. Река Малая Ташла является левым притоком Ташлы. Средний многолетний сток р. Ташлы не превышает 0,080 - 0,085 м3/ с. На всем протяжении р. Ташлы от с. Шпаковское до впаде- ния Малой Ташлы имеется ряд плотин. Созданные пруды используются для водопоя скота и орошения. Река Ташла впадает в р. Егорлык справа. В районе б. Холодные Родники и Мамайка правый берег р. Ташлы весьма крутой, амплитуда высот между урезом воды и бровкой правого берега достигает 70 -130 м. Очень часто в долине реки выходят на поверхность родники.
Кроме того, в исследуемом регионе имеется ряд пересыхающих русел - например, ручей Соленый.
В системе Невинномысского канала, расход воды которого составляет 75 м3/с, построено четыре ГЭС, образующих каскад - Свистухинская, Сенгилеев-ская, Егорлыкская, Ново-Троицкая.
Строительство Невинномысского канала позволило оросить и обводнить плодородные земли в засушливых районах юга Ростовской области, Ставро- польского края и Калмыкии. Кубанская вода из Ново-Троицкого водохранилища поступает без использования насосных станций в Право-Егорлыкский ка- нал. Площадь орошения Право-Егорлыкской оросительной системы равна 31900 га, площадь обводнения - 1,5106 га.
Химический состав поверхностных вод юго-восточной части бассейна Дона весьма разнообразен, однако в целом его можно охарактеризовать как хлоридный и сульфатный [11].
В химическом составе подземных вод юго-восточной части бассейна р. Дона преобладают сульфатные ионы и ионы щелочных элементов, часто в них повышено содержание ионов магния. Минерализация подземных вод может доходить до 10 г/дм3.
Кроме сульфатных грунтовых вод нередко встречаются хлоридные с общей минерализацией от 1 до 50 г/дм3 [11].
Существенную роль в неоднородности химического состава вод играют почвенный покров, а также климатические условия.
В период весеннего половодья химический состав воды рек исследуемой территории представляет собой смесь химического состава поверхностно-склоновых и почвенных вод. По П.П. Воронкову, роль грунтовых и почвенно-грунтовых вод не существенна [12].
Представляется, что разделение поверхностно-склоновых и почвенных вод в значительной степени условно.
По классификации О.А. Алёкина, воды pp. Егорлык и Средний Егорлык относятся к сульфатному классу группы Na+ [13].
Химический состав вод этих рек тесно связан с величинами минерализации: при минерализации менее 400 мг/дм3 речные воды имеют хорошо выраженный гидрокарбонатный характер (до 30 %-экв. НСО3~); при минерализации свыше 600 - 800 мг/дм3 преобладают сульфатные ионы (28 - 36 %-экв SO42").
Абсолютное содержание сульфатных ионов составляет 30 - 2400 мг/дм3, хлоридных - 10 -1400 мг/дм3, гидрокарбонатных - 30 - 450 мг/дм3.
В составе катионов преобладают ионы щелочных элементов - до 32 %-экв, а иногда они преобладают и при небольших величинах минерализации (до 400 мг/дм3).
Содержание ионов Са2+ составляет 7-15 %-экв, но при повышении расходов воды, когда минерализация снижается, содержание этих ионов увеличивается до 25 %-экв.
Абсолютное содержание ионов Na++K+ изменяется в пределах 200 - 700 мг/дм3, повышаясь в отдельных случаях до 1100 мг/дм3. Содержание ионов Са2+ и Мд2+ составляет 20 - 300 мг/дм3.
В периоды летне-осенней и зимней межени минерализация и химический состав речных вод значительно изменяется по сравнению с другими фазами водного режима. Это объясняется тем, что питание рек в период межени осуществляется в основном в результате разгрузки грунтовых подземных вод. Поэтому им свойственна большая временная стабильность, однако возможны и некоторые флуктуации гидрохимического режима при прохождении отдельных паводков.
Общая минерализация в редких случаях может достигать,, 800 - 1000 мг/дм3.
Необходимо учитывать, что до постройки Невинномысского канала в 1948 г., по которому часть воды р. Кубань стала поступать в р. Егорлык, минерализация воды в р. Егорлыке в период летне-осенней межени превышала минерализацию в р. Кубани. После строительства канала минерализация в Егорлыке в период летне-осенней межени резко снизилась (в десять и более раз) по сравнению с его естественным гидрохимическим режимом до постройки канала в 1948 г.
B бассейне р. Маныч (pp. Егорлык, Средний Егорлык) наиболее распространены воды с содержанием ионов SO42". Абсолютное содержание этих ионов составляет 200 - 4000, ионов СГ-20 -1650, ионов НСО3" - 100 - 700 мг/дм3.
В катионном составе преобладают ионы натрия и калия- от менее чем 25 до 36 %-экв.
В летне-осеннюю межень содержание этих ионов выше, чем в зимнюю. Относительное содержание ионов Са2+ составляет 7 - 22, ионов магния- 2 -22 %-экв. Абсолютное содержание ионов Na++K+ изменяется от 30 до 1750, ионов Са2+ - от 40 до 700, ионов Мд2+ - от 40 до 400 мг/дм3 [14, 15].
Источником питания рек в основном являются талые воды, а также осадки, выпадающие за период таяния снега.
В некоторые годы ярко выраженное половодье может отсутствовать. Спад половодья заканчивается в конце марта, первой-второй декадах апреля.
Наибольший объем стока приходится на март.
В теплое время года питание рек осуществляется за счет интенсивных ливней. Приведём некоторые характеристики выделяющихся ливней.
В 1933 г. в станице Пролетарской, расположенной примерно в 150 км к северу от исследуемого региона, измеренное количество осадков за год составило 702 мм. Максимальное суточное количество осадков равно 67 мм и наблюдалось в июле 1902 г., максимальное количество осадков за месяц, выпавшее в августе 1925 г., составило 194 мм [11].
Максимальное суточное количество осадков чаще всего наблюдается в июне и июле, и обладает существенной временной и пространственной изменчивостью. Данное количество осадков для исследуемого региона, по-видимому, находится в интервале 50-150 мм.
Максимальная интенсивность осадков по данным Ростовской гидрометеорологической станции за 5 -10 мин составляет 2 - 2,5 мм, за 20 - 30 мин -1,4-1,6 мм, за один час-1,1 мм, и за 12-24 час-0,05-0,10 мм/мин [11]. Поэтому в летний период поверхностный сток на территории региона может сформироваться только при выпадении ливневых осадков, интенсивность которых превышает впитывающую способность почв.
Хотя максимальное количество осадков и выпадает летом, однако из-за большой сухости, водопроницаемости и впитывающей способности почв оно не дает максимального речного стока, хотя и образует паводки. Более того, не все дожди вызывают заметный подъем уровней воды в реках или же появле-. ние стока в пересыхающих руслах.
Летом, чаще к июню, на реках устанавливается устойчивая межень с низкими уровнями воды. В годы с ранней весной межень может наступить в начале мая. Общий фон межени может нарушаться несколькими кратковременными паводками продолжительностью 2-5 дней, чаще они наблюдаются в июне и июле. Наиболее низкие уровни во время летне-осенней межени приходятся на август и сентябрь. Продолжительность межени обычно составляет 200 - 250 дней.
В октябре на реках начинается медленный подъем уровней воды. Зимняя межень устанавливается в конце ноября - начале декабря.
Отдельные речки, врезы русел которых не достигают зоны разгрузки подземных вод, летом пересыхают. Площадь их водосбора, как правило, менее 2500 км2.
Доля подземного стока в речном не превышает 10 - 20 % в юго-восточной части бассейна р. Дона, на Ставропольской возвышенности - 3 - 9
С основными гидрологическими характеристиками и параметрами: пло-; щадь водосбора, расход воды, температура воды, скорость течения, длитель-
ность неблагоприятных по водности и условиям водообмена периодов (межень, ледостав, отсутствие стока), - напрямую связаны частные условия формирования качества и количества воды водных объектов, которые согласно
• ГОСТ 17.1.1 ОЕ-77 определяют их устойчивость по отношению к внешним воздействиям (загрязнению).
Согласно классификаций, приведенных в данном ГОСТе, водотоки, дренирующие изучаемую территорию (pp. Егорлык, Ташла, Русская) относятся к различным классам устойчивости водных объектов к антропогенному загрязнению: pp. Ташла, Русская - к низкому, р. Егорлык - к среднему классу.
Ставропольская возвышенность (плато) занимает центральное положение среди равнин Предкавказья. Господствующие абсолютные отметки плюс 300 - 600 м.
• На юге оно круто обрывается к продольной ложбине,отделяющей его от северных предгорий Большого Кавказа; на северо-западе - плавно переходит в Азово-Кубанскую равнину; на севере - пологим уступом спускается к прима-
; нычской низменности, занятой долиной Западного и Восточного Маныча, от-
деляющей Ставропольскую возвышенность от Сальско-Манычской гряды Южных Ергеней. К востоку от Ставропольской возвышенности лежит Терско-Кумская низменность.
На большей части территории плато имеет структурно-денудационный характер. Бронирующими являются породы сармата и отчасти среднего мио-
• цена. В тектоническом плане плато соответствует одноименному крупному выступу (своду) складчатого палеозойского фундамента предкавказской части
; Скифской плиты. Оно формировалось в условиях устойчивого умеренного но-
вейшего поднятия и эрозионно-денудационного расчленения комплекса палеогеновых и неогеновых пород различной устойчивости. В позднем мелу плато испытало интенсивное погружение и покрылось морем, а в позднем миоцене-плиоцене было возрождено в результате умеренных новейших дифференцированных поднятий. В рельефе отчетливо выражены миоплио-ценовая (уровень останцовых плато), акчагыльская и апшеронская поверхности денудационного и аккумулятивного выравнивания.
В настоящее время Ставропольское плато продолжает испытывать поднятие со скоростью 1 - 3 мм/год.
Степень отражения локальных деформаций осадочного чехла в совре-| менном рельефе определяется главным образом интенсивностью проявления
I новейших поднятий и опусканий. В зонах умеренных новейших поднятий (се-
| верная часть Ставропольского плато) преобладают прямые формы структур-
; ного рельефа. На участках более интенсивного поднятия (южная часть Став-
; ропольского плато), наоборот, формируются обращенные (инверсионные) и
переходные формы рельефа [16-18].
В рельефообразовании на территории Ставропольской возвышенности значительную роль играют эрозионные процессы - плоскостной смыв и овра-гообразование. На участках с мощным покровом лессовидных суглинков
встречаются многочисленные просадочно-суффозионные формы рельефа (степные блюдца, западины, поды). Их образование связано с выщелачиванием солей и механическим выносом тонкозернистых материалов грунтовыми
: водами.
; Основная часть территории горного отвода в геоморфологическом отно-
шении представляет собой эрозионно-денудационную, наклоненную на север
i равнину с полого-ступенчатой поверхностью, осложненной неглубокими запа-
динами. Абсолютные отметки рельефа верхней ступени (в южной части пло-
• щади) достигают 450, нижней - 220 м (рис. 2).
; Равнину с юга на север прорезает долина р. Ташла. Ее поперечный про-
филь - корытообразный, в верховьях - V образный, относительный врез достигает 140 м. Долина шириной до 3 км, асимметричная, имеет выположенное ! днище. Борта имеют уклон 0,02 — 0,1, правый борт сильно расчленен прито-
ками и оврагами. Долина не имеет четко выраженных террас (кроме поймы).
В юго-западной части территории горного отвода расположены долины ; pp. Чибрик, Русская, ориентированные в субширотном направлении с востока
i на запад. Обе долины характеризуются глубиной вреза 40 - 60 м и ширину до
1,5 км и разделены низким грядовым водоразделом. Они также не имеют ; * морфологически выраженных террас кроме поймы. На крутых бортах нередко
[ возникают оползни.
i Территория СС ПХГ расположена в пределах Предкавказской провинции
i сверхмощных и мощных обыкновенных, южных, типичных и выщелоченных
I мицеллярно-карбонатных черноземов [19]. Основным типом почв СС ПХГ
можно считать обыкновенные черноземы (81,1 % площади района исследований), различающиеся по мощности органогенного горизонта, гумусированно-сти, характеру и глубине проявления карбонатных новообразований, каменистости и солонцеватости. Из оставшихся 18,9 % на долю комплексов и соче-
• таний различных разновидностей черноземов как между собой, так и с другими почвами приходится 13,2 %. Лугово-черноземные, аллювиальные, лугово-
! болотные почвы, солонцы и солончаки, приуроченные в основном к долинам
pp. Егорлык, Татарка и Русская занимают всего лишь 5,7 % площади. Среди черноземов обыкновенных 68,1 % представлены карбонатной разновидностью, 7,5 % - обычной и 24,4 % разновидностями, различающимися между со-
' бой по характеру, степени засоления, глубине залегания в профиле и мощно-
сти засоленного или осолонцованного горизонтов (рис. 3).
Основная почвообразующая роль, в связи с малой мощностью четвер-
• тичных отложений принадлежит породам среднего сармата, представленным, в основном карбонатными разностями (мергели, известняки, ракушняки), а в
: меньшей степени, песчаниками, глинами и песками.
I Общей чертой черноземов является отсутствие заметных изменений гра-
нулометрического состава по профилю почвы. Большинство почв, развивающихся на территории СС ПХГ, имеют средне- и тяжелосуглинистый гранулометрический состав.
Особенности биологического круговорота в целинных черноземах связаны с высоким годовым приростом растительности (100 - 140 ц/га), небольшим запасом фитомассы (менее 50 т/га) и преобладанием подземной биомассы над надземной. Гумусовый профиль черноземов растянут. Содержание гумуса в верхнем горизонте обыкновенного чернозема весьма высоко (4-7 %). Наблюдается постепенное уменьшение содержания гумуса с глубиной. В составе гумуса гуминовые кислоты преобладают (Сгк/Сфк > 1,5). |
