Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Модели эколого-экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Модели эколого-экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий"

РГ5 ОД 7 - АЗГ 2000

На правах рукописи

Евдокимова Ольга Владимировна

МОДЕЛИ ЗКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ОЦЕНОК ДИЗАЙНА ЗОН ВБЛИЗИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

03.00.16-Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Краснодар

Диссертация выполнена в Кубанском филиале НИИ ПМ и М РГУ при Кубанском государственном университете

Научный руководитель - доктор физ.-мат. наук,

профессор Дунаев И.М.

Научный консультант - кандидат экономических

наук, доцент Берг JI.B.

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор Семенчин Е.А. кандидат физ.-мат. наук, доцент Евдокимов A.A.

Ведущая организация - Институт проблем механики РАН

Защита состоится "29" июня 2000 г. в 14 часов

на заседании диссертационного Совета К 063.73.09 при Кубанском государственном университете по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук по адресу 350040. г. Краснодар, Ставропольская, 149, КубГУ, ауд. 231.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан мая 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

кандидат физ.-мат. наук A.B. Павлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена проблеме построения математических моделей распространения загрязняющих веществ (ЗВ) в многослойной атмосфере, их осаждения и анализу концентрации на поверхности. Данная проблема является одной из центральных в решении задач регулирования и управления качеством окружающей среды. Некоторые аспекты данной проблемы рассмотрены в работах А.Е.Алояна, Берлянда М.Е., Богуславского А.С., Базовой Н.Л., Марчука Г.И., Куценогого К.П., Пегросяна Л.А. Семенчина Е.А. и др. Изучение закономерностей распространения примесей осуществляется, главным образом, по двум направлениям. Одно из них состоит в разработке теории атмосферной диффузии на основе математического описания распространения примесей с помощью решения уравнения переноса с учетом турбулентной диффузии. Другое связано с эмпирико-статистическим анализом распространения ЗВ в атмосфере и с использованием для этой цели интерполяционных моделей, большей частью гауссовского типа. В данной работе задача решается в рамках первого направления и за основу берется уравнение переноса, предложенное Г.И. Марчуком.

Актуальность темы обусловлена тем, что строительство новых предприятий и реконструкция старых зачастую осуществляются без учета последствий для окружающей среды принимаемых решений о размещении жилых строений, зон рекреации, способов нейтрализации или ликвидации

осевших ЗВ. Поэтому очень часто оказывается, что зоны рекреации или размещения жилого фонда оказываются на территориях, имеющих превышение предельно допустимых концентраций ЗВ. Существующие подходы к прогнозированию распространения ЗВ, как правило, не учитывают ряд факторов, влияющих на реальное загрязнение территорий, в частности, их разнотипность, а также не используют оптимизационные методы. Устранение этих недостатков является одной из актуальных задач.

Целью работы является построение математической модели стационарного процесса распространения загрязняющих веществ от точечного источника постоянной мощности в стратифицированной атмосфере, разработка методов расчета концентрации ЗВ при оседании на разнотипные подстилающие поверхности, а также разработка эколого-экономических критериев оценки управленческих решений по дизайну зон вблизи предприятий.

Научная новизна состоит в том, что в диссертации впервые поставлен вопрос о детальном исследовании концентрации оседающих ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности. Традиционно проводимые исследования распространения ЗВ в атмосфере были направлены на усложнение дифференциальных уравнений, описывающих атмосферные явления, и оставляли без внимания вопросы, связанные с оседанием ЗВ, в частности, учет типов подстилающих поверхностей. Между тем, влияние этих

процессов на состояние окружающей среды более существенно, чем считалось занее. В работе проведено исследование этих процессов. На основании тсшученных результатов впервые разработаны эколого-экономические фитерии оценки дизайна территорий вблизи загрязняющих предприятий.

Практическое значение работы состоит в том, что построенная латематическая модель позволяет получить целостную и достоверную картину мспространения и оседания ЗВ на поверхности Земли с учетом особенностей юдстилающих поверхностей и эколого-экономическими критериями, что по ¡остановке проблемы предполагает практическое использование этих )езультатов.

Кроме того, проведённые теоретические исследования открывают юзможность использования результатов работы в смежных областях, в [астности, при изучении проблемы распространения и оседания ЗВ в водных кваториях, в акустике, теплотехнике и др.

Полученные в диссертационной работы результаты вошли в отчеты по >яду проектов, выполнемых в Государственном научно-исследовательском ;ентре прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных атастроф при Кубанском государственном университете, а также в Кубанском осударственном университете.

Такие работы ведутся в КубГУ в рамках Федеральной целевой рограммы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и >ундаментальной науки на 1997 - 2000 г.", проект № А0017, Российско-

Американского (CRDF) гранта REC-004, грантов РФФИ Р2000юг 0-05-96033, 0-01-96022, 0-01-96023, а также по Программе Минобразования РФ №2432 «Образование, наука и культура Северного Кавказа и Причерноморья». При поддержке указанных грантов была выполнена настоящая работа.

Апробация работы была проведена ( с соавторами) в сентябре 1996г. на Международном Симпозиуме "Technological civilization impakt on the Enviroment" г. Карлсруе (Германия), на Международной конференции а г.Халки (Греция) Halki International Seminar 14-20 Sept.,1999, ICSS, на 4-ой Международной экологической конференции студентов и молодых учёных "Роль науки и образования для устойчивого развития на пороге 3-гс тысячелетия" г.Москва, 16-18 апреля 2000г., на семинарах Государственногс научно-исследовательского центра прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф при Кубанском государственном университете.

На защиту выносятся:

1. Разработка модели и методов исследования краевых задач дп> дифференциальных уравнений перерноса ЗВ в многослойной атмосфере npt наличии точечного источника выбросов с оседанием ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности.

2. Построение и исследование систем интегральных уравненш описанных выше задач.

3. Разработка эколого-экономических критериев оценки дизайна терри -

торий вблизи загрязняющих предприятий.

Публикации. По теме работы опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, содержащего 51 источник, и приложения. Общий объём составляет 105 страниц, содержащих 12 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведен обзор литературы, посвященной проблеме математического моделирования распространения ЗВ в атмосфере, также представлена обобщенная информация о современных моделях атмосферы.

В первом разделе приведены уравнения переноса в общей форме и представлена постановка краевых задач для наиболее употребляемых случаев стратифицированной атмосферы.

В качестве основного уравнения используется уравнение переноса с учетом турбулентной диффузии. В уравнении учитываются процессы: перенос, гурбулентный обмен, гравитационное оседание, вертикальные токи, гстественное разложение ЗВ. Источник постоянной мощности в точке с координатами (х„, у0, z0) моделируется 8-функцией Дирака.

В работе предлагается учитывать физическую неоднородность пмосферы по высоте путем введения подслоев, в каждом из которых физические параметры изменяются незначительно и могут считаться

£

постоянными. Это позволяет использовать в каждом слое уравнение с постоянными коэффициентами. На границах слоев задаются условия сопряжения.

Граничные условия должны быть сформулированы для нижней границы слоя г=0 и верхней границы г=Ь.

На верхней границе слоя определяем некоторое значение концентрации. В предположении отсутствия вертикальных потоков воздуха (^0), она должна быть близка к 0.

Граничное условие на нижней границе ставится в предположении наличия разнотипных подстилающих поверхностей.

Учитывая идеи Г.ИМарчука о возможности использования мезомасштабных процессов для описания общих, считаем процесс установившимся во времени и, опираясь на знание гидрометеорологических данных, рассматриваем стационарную задачу, как результат их осреднения .

Постановка задачи формулируется для одного, двух и трех слоев.

Уравнение переноса с учетом турбулентной диффузии:

8(р б(р

скр

я" д1

п

+ °о<Р - уо

йг2

п

(

\

+ - 8п2С5(х -х0, у -у0, г - г0)

Хек2 д/г ,

Выбрасываемые точечным источником в многослойную атмосферу ЗВ осаждаются на поверхность земли, имеющую N различных односвязных подстилающих поверхностей .

Совокупность этих подстилающих поверхностей полностью покрывают всю поверхность земли в зоне источника.

Граничные условия на каждой такой поверхности имеют вид:

1-кр= —-Лк<р = 0, г = 0; х,уеХк: к = 1,2,...,ЛГ.

дг

Рз=0, 2=Ик> (2)

Здесь к = 1,2,3 для одно, двух и трехслойной атмосферы соответственно. Условия сопряжения на границах разделения слоев: В случае трехслойной атмосферы: д(рг д<р,

"Ль % = <*>

¿И 01

В случае двухслойной атмосферы:

_, д<рг г-к|, -— = —- <рг=<ри 81 а!

Здесь принята следующая система обозначений: Фл (х.у.г) - функция концентрации ЗВ в и-том слое;

ип,\,чп - компоненты вектора скорости в направлениях х,у,г для п- го

:лоя:

\мд - абсолютная величина вертикальной скорости под действием силы

тяжести в и-том слое;

с0 - величина, характеризующая поглощение ЗВ воздухом;

уп,цл - коэффициенты диффузии в вертикальном и горизонтальном

направлениях для «-того слоя соответственно;

1,л=2

О, л =1,3

п= 1,2,3 - номера слоев;

С - постоянная, характеризующая мощность источника выброса загрязняющего вещества.

Во втором разделе рассматривается метод решения задачи (1)-(3) для случаев трех, двух и одного слоев и последующее сведение смешанных краевых задач, описанных в предыдущем разделе, к системам интегральных уравнений первого рода. Метод, используемый в данной работе, состоит в применении интегральных преобразований с последующим численным анализом полученных соотношений. Теоретические основы метода, а также применение его к различным задачам теории упругости и экологии, были разработаны И.И. Воровичем и его школой. Определенные удобства, предоставляемые методом интегральных преобразований, состоят в возможности формулирования смешанных краевых задач в терминах интегральных уравнений. Это позволяет аналитически сформулировать образ

Фурье решения исходной задачи.

В результате получается следующая система интегральных уравнений первого рода

икК"1[ ф(а,Д0)+Х(а,Д0)К9] = 0 , х^еХ, * = 1,2,...,Ж Здесь приняты обозначения:

<р(х,у,г) = — ]" |[Ф(а, р,г)+ К(а,р,г)Уч}е-{"*маыр

= Г"'[ф(а,у?,г)+ К{а,Р,г)УЧ]

У<р = ]]<»(*, у) е'^^сЫйу ; КЧФ = -рГ ] ]ф(а,/?)

Соотношения являются системой интегральных уравнений первого рода относительно искомой функции q(x,y) - кусочно-непрерывной, которые мало изучены и в работе, основываясь на методах смешанных задач теории упругости установлены свойства их решений.

В этом же разделе строится точное решение системы двух интегральных уравнений, для задачи, когда существует только два типа подстилающих поверхностей, занимающих области в виде полупространств, граничащих по прямой. Решение строится методом Винера-Хопфа.

В общем случае для система интегральных уравнений н«т метода построения точного решения. В диссертации предложены методы построения приближенных решений, основанных на свойствах вырожденных и тогранслойных составляющих решений, описывающих их во внутренней

области и вблизи границ.

В третьем разделе дается постановка эколого-экономической задачи оценки дизайна территорий, прилегающих к предприятиям, осуществляющим выбросы ЗВ, на предмет их целесообразности и соответствия требованиям и возможностям реализации. При этом могут разьпрываться различные стратегии оформления прилегающих к предприятиям территорий в зависимости от тех или иных приоритетов. Задача имеет следующую постановку.

Каждая зона площадью Х„ имеет коэффициент комфортности Кп п = 1,2,..^ единицы площади, коэффициент эстетичности £„ п = 1,2,..ЛГ единицы площади, стоимость содержания С., п = 1,2,...М единицы площади, стоимость возведения 5„ п=\,2,...Ы единицы площади. Кроме этого каждая подстилающая зона имеет коэффициент восстановления (нейтрализации) £л п = 1,2,...,Л^ единицы площади. Пусть п = 1,2,...И -среднее количество ЗВ, выпавшее на единицу поверхности зоны £„.

Для каждого участка £„ введем значение ()п эколого-экономической целесообразности или значимости его дизайна, положив,

й, + -$„£„ -г.!, -С„Е„ •

Введем значения вида 0 = (л:,11 + ... ++(¿Л + 12Е2 + ...+ /.„:£„ ) + (£,£, + £2Е2+...+ £„2„)-

Величину Q будем называть значением эколого-экономической целесообразности или значимости дизайна всех участков прилегающей к предприятию территории.

Очевидно, величина £> может быть как положительной, так и отрицательной. Если она положительная и большая, это означает, что территория вблизи предприятия располагает приемлемыми как с экологической, так и с экономической и эстетической точек зрения участками, на которые она разбита. В противном случае -это не так. Значительную отрицательную роль при такой оценке может сыграть даже всего лишь один участок (к примеру, мусорная свалка или еще что-нибудь). Значимость отдельного участка характеризуется отдельным параметром.

Таким образом, приходим к задаче линейного программирования, которая формулируется следующим образом: Необходимо найти

Мах при условиях

£„>0, п = 1,2,..., ./У X, +Б2+... + 2„-А . Здесь А- прилегающая к предприятию площадь.

Кроме того, могут быть заданы дополнительные условия, диктуемые конкретными требованиями экономических и других возможностей вида

СцЕ, +с12х2

С^.+С^+.-.+С^А,

j<M

Параметры Сч, Ь1 задаются из условий требований экономических и производственных возможностей предприятия, а также требований экологического контроля и архитектурных норм.

В четвертом разделе описаны результаты решения ряда рассмотренных задач. Приводятся картины распределения концентрации ЗВ на поверхности земли в условиях разного количества типов подстилающих поверхностей.

Даются графики распределения концентрации ЗВ, свидетельствующие о необходимости учета типов подстилающих поверхностей для целей правильной оценки состояния окружающей среды.

Разработаны рекомендации по использованию конкретных моделей атмосферы для различных типов подстилающих поверхностей. Проведенные расчеты показали, что время счета для одной точки (и соответственно для всей рассчитываемой области) является самым большим в трехслойной модели, значительно меньше в двухслойной модели и быстрее всего расчет идет в однослойной модели. Поэтому нецелесообразно пользоваться только трехслойной моделью, определяя исходные данные, имитирующие один или два слоя. В каждом конкретном случае необходимо выбрать ту модель, которая дает наилучшие результаты не только по достоверности, но и по времени счета. Однослойная модель вполне применима в условиях приземного слоя, если значение скорости невелико, и в качестве такового можно использовать осредненную по слою скорость или скорость в точке выброса. В случае расчета оседания примеси в слое, высота которого превышает приземной слой, необходимо использовать модель двух или трех слоев. Для случая средних значений скоростей, а также, если в третий слой выбрасывается незначительное количество примеси, более актуальной является модель двух

слоев, третий слой оказывает незначительное влияние. Для больших значений скоростей, особенно во втором и третьем слоях, а также, если в третий слой выбрасывается большое количество примеси, необходимо применять модель трех слоев, так как в этом случае третий слой оказывает достаточно большое влияние на характер распределения концентрации ЗВ.

В заключении изложена обобщенная информация о целях работы, методах решения задачи и основные выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1) В диссертационной работе построена физико-математическая модель процесса распространения и осаждения ЗВ с учетом неоднородности приземного слоя атмосферы и различных условий на поверхности земли. При этом центр тяжести исследований данного процесса впервые перенесен из области усложнения описания атмосферных явлений в область более детального изучения проблем осаждения примесей, определения их концентрации на поверхности земли с учетом индивидуальных способностей подстилающих поверхностей аккумулировать ЗВ.

2) Разработан метод решения стационарных задач распространения ЗВ в слоистой атмосфере, учитывающий влияние разнотипных подстилающих поверхностей и приводящий к системам интегральных уравнений.

3) Проведен анализ полученных систем интегральных уравнений и предложен метод их решения.

4) НА основе полученных результатов разработаны эколого-экономические критерии оценки дизайна территорий вблизи предприятий, являющихся источниками загрязнения.

5) Приведены результаты расчетов распределения концентрации загрязняющих примесей для ряда задач. Даны рекомендации по использованию результатов исследования.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Бабешко О.М., Евдокимова О.В, Евдокимов С.М. Об учете типов источников и зон оседания загрязняющих веществ. Доклады РАН, Т.371, №1, 2000.

2. Бабешко О.М., Евдокимов С.М, Евдокимова О.В. К оценке эколого-экономической целесообразности дизайна рекреаций предприятий. Известш высших учебных заведений, Северо-Кавказский регион, Естественные науки №3, 1999, с.115-117.

3. Евдокимов С.М., Бабешко О.М., Евдокимова О.В. К проблеме учет: типов зон оседания загрязняющих веществ. Журнал «Наука Кубани» Проблемы физико-математического моделирования. Естественные \ технические науки. № 1,1999, с.31-34.

4. Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Evdokimov S.M. Some Science Problems in the Black Sea Region. Proceeding of the Halki International Seminar 14-20 Sept.,1999, INBSS.

5. Babeshko V., Gladskoy I., Zaretskaja M., Kosobutskaja E. Babeshko O. (Evdokimova O.) Distribution of blow-outs, polluting polylayer atmosphere. // Technological Civilization Impakt of the Environment: Abstrakts. International Simposium. Karlsrue. Deutschland. 1996

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Евдокимова, Ольга Владимировна

Введение

1.Постановка исследуемых задач.

1.1 Распространение ЗВ в многослойной среде. Уравнение переноса.

1.2 Введение безразмерных параметров краевой задачи

1.3. Решения задач распространения ЗВ в слоистой атмосфере.

1.4. Метод разрывных решений

1.5 Решения задач распространения ЗВ в однослойной атмосфере

1.6. Решения задач распространения ЗВ в двухслойной атмосфере

1.7. Решения задач распространения ЗВ в трехслойной атмосфере

2. Исследование осаждения ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности

2.1.Вывод интегральных уравнений об осаждении ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности

2.2. Случай двух подстилающих поверхностей в виде полуплоскостей. Точное решение.

2.3. Приближенное решение системы интегральных уравнений. Выражденные и погранслойные составляющие решений.

3. Метод эколого -экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий.

4. Расчеты осаждения ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности

Введение Диссертация по биологии, на тему "Модели эколого-экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий"

Задачей настоящей работы является исследование динамических процессов, происходящих в экосистемах при выбросах в атмосферу различных загрязняющих веществ ( в дальнейшем-ЗВ) -аэрозольных субстанций промышленными предприятиями, автомагистралями, другими источниками загрязнения окружающей среды, и решение некоторых связанных с этим задач практического характера, в первую очередь направленных на сохранение здоровья населения, создания благоприятных зон рекреации, экологически целесообразного проектирования предприятий и окружающих их территорий, как максимально способствующих минимизации вредного воздействия на человека. Сюда же относится разработка численных алгоритмов, позволяющих выполнять оперативный расчет и удобное, графическое представление результатов.

Проблема загрязнения окружающей среды является одной из наиболее остро стоящих в настоящее время перед человечеством экологических проблем. Она неизбежно связана с промышленным развитием современной цивилизации и, как показывает анализ, негативные тенденции в экологии, сопутствующие этому процессу, в ближайшие годы будут сохраняться и возрастать, увеличивая вероятность возникновения, связанных с этим экстремальных ситуаций.

Для правильной оценки критической ситуации и выработки эффективных и экономически приемлемых решений, направленных на полную ликвидацию или снижение отрицательных последствий, важно получить объективную целостную картину происходящего, достаточно полную и обозримую.

При решении подобных задач может принести ощутимую пользу инструмент математического моделирования соответствующих экологических процессов и использование средств современной вычислительной техники.

Поэтому исследованиям, связанным с математическим моделированием в области охраны окружающей среды и, в частности, вопросам моделирования таких процессов, как распространение загрязняющих веществ в атмосфере и водной среде, в настоящее время уделяется особое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом.

В США, Японии, многих европейских странах математические модели широко используются для оценки выбросов загрязняющих веществ в атмосферу вместе с отработанными газами автомобилей. Модели загрязнения воздушного бассейна используются в качестве инструмента исследования атмосферных процессов, влияющих на загрязненность приземного слоя атмосферы [35, 36, 37, 38].

При этом для многих практически используемых моделей характерны значительные упрощения при описании происходящих процессов и выполнении соответствующих расчетов. Это связано с тем, что точное решение уравнений, описывающих распространение загрязняющих веществ, - сложная и трудоемкая задача. Поэтому многие модели используют приближенные решения. Известны компьютерные реализации таких моделей распространения загрязняющих веществ, используемые в Японии и США: РТМАХ, PTDIS, РТМТР, CRSTER, PAL, RAMR, APRAC, CDM, HYWAY, CDMQC, RAM, VALLEY и др.

Первые шесть позволяют моделировать выбросы точечных источников на открытой местности с плоским рельефом. В них использованы параметры рассеивания примесей, рассчитанные по уравнению Пасквилла-Джиффорда. Другая группа моделей, в которую входят CDM, CDMQC, APRAC, RAM, может быть использована для расчета выбросов в городских районах.

Модель HIWAY применяют для моделирования автомагистралей (в мелкомасштабной постановке), PAL - при расчете концентрации загрязнителя вблизи аэродромов.

Значительное количество математических моделей процессов распространения загрязняющих веществ применяется при исследовании влияния на загрязнение прилегающих территорииторий шлейфов промышленных выбросов от ТЭС и других крупных источников в городах и промышленных центрах [36].

Анализ практически используемых в настоящее время компьютерных реализаций моделей процессов загрязнения окружающей среды показывает, что несмотря на их количество, область применения имеющихся разработок существенно ограничена в связи со сложностью и масштабностью описываемых явлений и рядом объективно возникающих при этом трудностей, что подтверждает необходимость проведения дальнейших исследований.

Значительный вклад в развитие этих исследований внесли такие ученые, как Алоян А.Е., БерляндМЕ., ВызоваНД ВоровичКИ., ГорспсоАБ., Домбровский ЮА, ДымниковВИ, МарчукГИ., Обухов АМ, Орленко ЛР., Паненко АБ., Семенчин ЕА, Сурков ФА и другие. , Различные аспекты математического моделирования развиваются в работах Гладского И.Б., Зарецкой М.В., Кособуцской Е.В.,, и посвящены моделированию в стратифицированной атмосферы.

В настоящее время имеется большое количество работ, посвященных математическому моделированию явлений, связанных с загрязнением атмосферы и воды за счет диффузионного распространения загрязняющих веществ [7, 8, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 32, 33].

Эти работы посвящены прежде всего построению моделей, позволяющих либо прогнозировать поведение экосистемы при различных стратегиях загрязнения на длительном временном интервале, либо исследовать поведение системы "глобально", значительно упрощая модели источников, заменяя их 8-функциями при неограниченном окружающем пространстве.

В то же время модели, связанные с возможностью блокирования или резкого уменьшения распространения загрязнителей, их нейтрализации, фильтрации или поглощения, используя простейшие и доступные на этапе строительства или реконструкции территорий средства, практически не рассматриваются. Особенно такие модели актуальны для целей оздоровления экологической обстановки в промышленных местностях, когда в наличии имеются как источники загрязнения среды, так и зоны осаждения или поглощения загрязняющих веществ.

Другой проблемой, возникающей на практике, является то, что многие используемые при моделировании подходы требуют в своей реализации проведения трудно выполнимых расчетов и, что существенно усложняет их практическое использование - наличия большого объема исходной информации для задания начальных и граничных условий, получить достоверные значения которой зачастую оказывается проблематичным.

В фундаментальной монографии Г.И. Марчука [26], посвященной математическому моделированию проблем, связанных с охраной окружающей среды, развитые методы позволяют дать общий анализ решения широкого класса задач расчета распространения загрязнителей в атмосфере, стоимости мероприятий по реализации защитных мер и т.д.

Однако, достаточно точного описания локального состояния окружающей среды этим методом получить не просто.

Практически не изученным до настоящего времени остается вопрос о характере распространения примесей в многослойной стратифицированной атмосфере, что может наблюдаться в реальности, как это было, например, в Чернобыле. Исследования в этой области выполнены в ряде работ в Кубанском государственном университете и позволили с одной стороны упростить и сделать, с учетом достижений гидрометерологии, постановку задач о распространении ЗВ значительно более точной и доступной для правильного введения необходимых данных в уравнения, с другой стороны-сделать эти задачи практическими и значимыми для применения.

Это становится вполне реализуемым, поскольку в настоящее время имеются технические средства, лазерные измерители скорости ветра, позволяющие оперативно определять локально над интересующим объектом поле скоростей ветра, слоистость атмосферы, а для некоторых примесей - и их концентрацию на различных высотах.

И совсем мало работ, только единицы, посвящены отечественными и зарубежными исследователями изучению вопросов учета разнотипности зон осаждения ЗВ при их оседания на поверхность Земли.

Это связано с одной стороны с усложнением задачи, когда она рассматривается в такой постановке и традиционные методы решения не применимы, с другой стороны -с кажущейся не существенностью учета этого факта. В диссертации показано, что различные типы подстилающих поверхностей аккумулируют ЗВ таким образом, что их концентрация может разниться на несколько порядков. В результате разнотипные подстилающие поверхности приобретают способность регуляторов поддержания нужного уровня состояния окружающей среды в частности, поверхности Земли, подвергающейся загрязнению оседающими ЗВ вблизи предприятий или других источников выбросов.

В диссертации рассматриваются задачи оценки последствий осаждения ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности, выброшенных в многослойную атмосферу. Оцениваются варианты подбора подходящих с позиции уровня концентрации ЗВ зон рекреации вблизи предприятий, ищутся наиболее безопасный зоны расположения жилых и других объектов, нуждающихся в экологической защите.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, содержащих 10 подразделов и заключения.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Евдокимова, Ольга Владимировна, Краснодар

1.М. Асимптотическое решение контактной задачи для слоя. ПММ, 1969, т.ЗЗ, вып. 1.

2. Арсеньев Ю.Н., Шелобаев СИ. Анализ, синтез, и оптимизация социо-техно-экономических систем: надежность, безопасность, эффективность, качество.- М., Высшая школа, 1998

3. Бабешко В.А., Гладской И.Б., Зарецкая М.В., Косо-буцкая Е.В. К проблеме оценки выбросов загрязняющих веществ источниками различных типов // Доклады РАН, 1995, Т. 342, №6 с. 835-838

4. Бабешко В.А., Гладской И.Б., Зарецкая М.В., Косо-буцкая Е.В. К вопросу моделирования экосистемы Азово-Черноморского региона // Региональная научная конференция "Современные проблемы экологии" ,Тезисы докладов. Часть II. Красно дар-Анапа, 1997

5. Бабешко В.А., Глушков Е.В., Зинченко Ж.Ф. Динамика неоднородных линейно-упругих сред. М.: Наука. 1989. 344 с.

6. Бабешко О.М., Евдокимова О.В, Евдокимов С.М. Об учете типов источников и зон оседания загрязняющих веществ. Доклады РАН, Т. 371, №1,2000.

7. Бабешко О.М., Евдокимов С.М, Евдокимова О.В К оценке эколого-экономической целесообразности дизайна рекреаций предприятий. Известия высших учебных заведений, СевероКавказский регион, Естественные науки, № 3, 1999, с.115-117.

8. Берлянд М.Е. Соврменные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1975.

9. Бызова Н.Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

10. Вызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов E.H. Эксперимен-тальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 280 с.

11. Вызова Н.Л., Иванов E.H., Гаргер Е.К., Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 264 с.

12. Виссмен У., Харбаф Т.И., Кнэпп Д.У. Введение в гидрологию.- Л., 1979.

13. Воеводин А.Ф., Шугрин С.М. Численные методы расчета одномерных массивов. Новосибирск, 1981.

14. Воеводин А.Ф., Шугрин С.М. Численный расчет одномерных течений воды в системах речных русел и каналов. В кн: Динамические задачи механики сплошных сред. Вып. 35. Новосибирс, 1978.

15. Ворович И.И., Александров В.М., Бабешко В.А. Неклассические смешанные задачи теории упругости. М.: Наука. 1974. 456 с.

16. Ворович И.И. и др. Рациональное использование водных ресурсов бассейна Азовского моря. М., Наука, 1981.

17. Высоцкий В.Н., Чеберкус Ф.В., Степашко B.C. Спра-вочник по типовым программам моделирования. -Киев, 1980.

18. Крамер Н.Ш. и др. Исследование операций в экономике. М.: ЮНИТАД997.

19. Ладыженская O.A. Математические вопросы в дина-мике несжимаемой жидкости. М., Наука, 1970.

20. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М., 1982.

21. Марчук Г.И. Численное решение задачи динамики атмосферы и океана. Д., Гидрометеоиздат, 1974.

22. Марчук Г.И. Окружающая среда и некоторые проблемы оптимизации. Новосибирск, 1975. Препринт ВЦ СО АН СССР.

23. Марчук Г.И. Окружающая среда и проблемы оптими-зации размещения предприятий. // Жур. ДАН СССР, 1976, 227, №5.

24. Марчук Г.И. Некоторые проблемы охраны окружающей среды. //В кн.: Комплексный анализ и его приложения. М., Наука, 1978.

25. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М., Наука, 1980.

26. Марчук Г.И., Дымников В.П., Залесный В.Б. Матема-тические модели в геофизической гидродинамике и численные методы их реализации. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 296 с.

27. Марчук Г.И., Пененко В.В., Алоян А.Е., Лазриев Г.Л. Численное моделирование микроклимата города. // Жур. Метеорология и гидрология, 1979, N8

28. Монин A.C., Обухов А.Н. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы. Труды Геофизического института, АН СССР, 1954, N24 (151).

29. Наац И.Э., Семенчин Е.А. Математическое моделиро-вание динамики пограничного слоя атмосферы в задачах мониторинга окружающей среды. Ставрополь: издательство СГПУ, 1995. 196 с.

30. Обухов А.М. Турбулентность и динамика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 414 с.

31. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 424 с.

32. Пененко В.В., Алоян А.Е., Лазриев Г.Л. Численная модель локальных атмосферных процессов. // Жур. Метеорология и гидрология, 1979, N4.

33. Рациональное использование водных ресурсов бассейна Азовского моря / Под ред. И.И. Воровича. М.: Наука, 1981. 360 с.

34. Семенчин Е.А. Аналитические решения краевых задач в математической модели атмосферной диффузии. -Ставрополь: СКИУУ, 1993. 142 с.

35. Яглом А.М. О турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы. // Изв. АН СССР , ФА и О, 1972, 9, N6.

36. Феодосьев В.В. и др. Экономико-математические методы и Прикладные модель.ЮНИТИ, Москва, 1999, 392с.

37. Шелобаев С.И. Математические методы и модели. ЮНИТИ, Москва, 2000, 368с.

38. Шелобаев С.И. Шелобаева И.С. Моделирование безопасностифункционирования сложных производственных систем и субъектов хозяйствования. Доклады II Международной научно-технической конференции, М., 1998, с 715-726.