Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Особенности мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Особенности мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия"

На правах рукописи

КОРЧАГИН ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ МОНИТОРИНГААТМОСФЕРЫ КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

25.00.30—Метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Воронеж - 2004

Работа выполнена в Воронежском военном авиационном инженерном институте

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Косинова Ирина Ивановна кандидат географических наук, доцент Закусилов Вадим Павлович

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Русинов Павел Сергеевич кандидат географических наук, доцент Расторгуев Игорь Поликарпович

Ведущая организация:

Липецкий эколого-гуманитарный институт

Защита состоится « 16 » ноября 2004 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного Совета К215.007.01 при Воронежском военном авиационном инженерном институте по адресу: 394064, г. Воронеж, ул.Старых Большевиков, 54а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского военного авиационного инженерного института.

Автореферат разослан « //

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент

Закусилов В.П.

Актуальность темы. В эпоху научно-технического прогресса антропогенные воздействия на атмосферу становятся все более интенсивными и масштабными. Последствия загрязнения воздуха являются серьезной геоэкологической проблемой для крупных промышленных предприятий и прилегающих к ним территорий.

В связи с этим, наибольшую важность приобретают вопросы объективного контроля качества и регулирования состояния атмосферы. Для того, чтобы обеспечить научно обоснованное управление качеством воздуха на этих территориях, необходима регулярная и оперативная информация о выбросах вредных веществ в атмосферу, об уровнях ее загрязнения, их изменениях в течение длительного периода, а также о метеорологических условиях, сопутствующих распространению загрязняющих веществ в атмосфере. В этом плане одной из наиболее актуальных проблем является разработка и совершенствование мониторинга загрязнения воздушного бассейна конкретными типами антропогенных источников.

Цель исследования - разработка методики организации системы локального мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия для практического использования его результатов при выработке управленческих решений по оздоровлению воздушного бассейна.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Анализ существующих методик мониторинга атмосферного воздуха. Разработка основных принципов и структуры системы мониторинга приземного слоя атмосферы локального уровня организации.

2. Определение характера техногенной нагрузки на воздушную среду в зоне влияния крупного промышленного предприятия. Оценка экологического состояния приземного слоя атмосферы г. Липецка на основе пространственно-временного статистического анализа метеорологических условий и уровней загрязнения атмосферы.

3. Расширение возможностей модели расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в зоне влияния выбросов промышленного предприятия с учетом особенностей исследуемого района.

4. Разработка программного

системы

мониторинга приземного слоя атмосферы промышленного предприятия.

5. Разработка методики статистической обработки результатов экологического мониторинга основных загрязняющих веществ промышленного города для косвенной идентификации основных источников выбросов с использованием методов нелинейной динамики.

6. Оценка влияния уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье детского населения г. Липецка.

Объект исследования — геоэкологическое состояние приземного слоя атмосферы крупного промышленного города.

Предмет исследования — локальный мониторинг приземного слоя атмосферы в зоне влияния крупного промышленного предприятия.

Методы исследования - методы статистического анализа, картографические, физико-статистические, графо-аналитические и численного моделирования.

Методологической основой для проведения данной диссертационной работы послужила теория и практика мониторинга атмосферного воздуха и теория атмосферной диффузии, изложенные в работах ведущих ученых: Ю.А. Израэля, О.Г. Сеттона, Э.Ю. Безуглой, М.Е. Берлянда, Р.И. Оникула, Н.Л. Бызовой, Д.С. Лайхтмана, Ф.Т.М. Ньистадта, X. Ван Допа и др.

Исходный материал - параметры выбросов в атмосферу 1500 источников загрязняющих веществ ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ОАО «НЛМК»), данные липецкого Гидрометцентра с 5 постов наблюдения за загрязнением атмосферы (ПНЗ) и метеостанции за параметрами атмосферы в период с 1999 по 2003 гг., данные санэпиднадзора г. Липецка о состоянии здоровья детского населения за период 1993-2002 гг.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием достоверных данных государственной сети Гидромета и санэпиднадзора; корректным применением апробированных математико-статистических методов анализа и обработки исходной информации и лицензионных программных продуктов для ПЭВМ; согласованием результатов расчетов с данными наблюдений.

Научная новизна работы:

1. Выявлены о'фб/гнИ9сЪСвМянйе, циркуляционных условий, основных

метеорологических величин и явлений погоды на уровень антропогенного загрязнения приземного слоя атмосферы г. Липецка за последние 5 лет. Проведена оценка влияния уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье детского населения г. Липецка.

2. Усовершенствована модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в зоне влияния выбросов промышленного предприятия с учетом фактических метеорологических условий, эффектов самоочищения атмосферы и вымывания примесей осадками, а также данных о выбросах, полученных от систем непрерывного контроля и учета.

3. Предложена структура и разработана комплексная система автоматизированного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

4. Предложена методика обработки результатов экологического мониторинга промышленного города для косвенной идентификации основных источников выбросов с использованием методов нелинейной динамики.

Теоретическая значимость работы состоит в развитии теории влияния выбросов крупного промышленного предприятия на уровень загрязнения приземного слоя атмосферы с учетом метеорологических параметров; в разработке методики обработки результатов мониторинга и предложений по оптимизации экологического состояния атмосферы.

Практическая ценность работы. Система локального мониторинга промышленного предприятия реализована в виде программного продукта, позволяющего проводить моделирование, анализ и отображение данных о загрязнении атмосферы с учетом параметров источников выбросов и метеорологической обстановки, что обеспечивает высокую информативность и простоту использования результатов расчетов. Математическое и компьютерное моделирование, как основной метод геоэкологического мониторинга, может быть использовано в работе органов Росгидромета, Госсанэпидемнадзора, Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды при исследовании прикладных проблем оценки качества атмосферы и его влияния на здоровье населения, а также при планировании природоохранных мероприятий.

Реализация результатов исследования. Результаты проведенных ис-

следований и разработанная система мониторинга атмосферного воздуха апробированы на ОАО «НЛМК» и внедрены в липецком Гидрометцентре, кроме того система зарегистрирована в Государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации (г. Москва, № 50200300735 от 14.08.03 г.).

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены и обсуждены на 5-й региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» (Липецк, ЛЭГИ, 2001), III Научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов г. Липецка (Липецк, ЛЭГИ, 2002), международной научно-технической конференции «Современные сложные системы управления CCCy/HTCS'2002» (Старый Оскол, СТИ, 2002), VIII международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике» (Воронеж, ВГТУ, 2003), всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации. Экологическая безопасность и мониторинг» (Воронеж, ВВАИИ, 2003).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Особенности влияния циркуляционных условий атмосферы, основных метеорологических величин и явлений погоды на уровень антропогенного загрязнения приземного слоя атмосферы г. Липецка. Оценка влияния уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье детского населения г. Липецка.

2. Усовершенствованная модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.

3. Структура и комплексная система автоматизированного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

4. Методика косвенной идентификации основных источников выбросов промышленного города с использованием методов нелинейной динамики.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ (статьи в периодических изданиях, материалы научных конференций, а также программа, зарегистрированная в ГосФАП России).

Личный вклад. Участие в сборе, анализе и обработке метеорологической информации, данных по загрязнению приземного слоя атмосферы и заболеваемости детского населения г. Липецка; в постановке задач исследования; в

совершенствовании модели загрязнения приземного слоя атмосферы; в разработке алгоритмов и программировании задач при создании информационно-моделирующей системы мониторинга атмосферы промышленного предприятия. Совместно с представителями ГТО им. А.И. Воейкова и НИИ «Атмосфера» (г. Санкт-Петербург) обобщен обширный аналитический материал о выбросах вредных веществ в атмосферу на территории РФ за период 1996-2000 гг., опубликованный во Всероссийском информационном бюллетене.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 107 наименований и содержит 168 страниц машинописного текста, включающих 100 рисунков, 7 таблиц и два приложения.

Кроме своих научных руководителей автор выражает глубокую благодарность д.т.н, профессору Дубровскому С.А. за консультации при выполнении работы.

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, указаны научная новизна и положения, выносимые на защиту, сведения о теоретической и практической значимости работы.

Глава 1. Основные принципы разработки системы мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

В данной главе приведен анализ динамики изменения выбросов основных загрязняющих веществ в атмосферу за период 1996-2000 гг. на территории России. Отмечено, что имеет место проблема достоверного сравнения данных из-за различия методик обработки информации, несовершенства контроля выбросов и различия структуры их основных компонентов. Описаны основные цели и задачи, а также законодательная база мониторинга атмосферного воздуха. Рассмотрены функции и структура существующих информационно-измерительных систем мониторинга загрязнения атмосферы, наиболее современными российскими аналогами которых являются системы городов Санкт-Петербурга, Москвы и Череповца, обеспечивающие информацией Администрации и Гидрометцентры данных городов, а также система локального мониторинга «Астрахань-газпром», эксплуатируемая предприятием. Рассмотрены основные функции и

компоненты зарубежных информационно-моделирующих систем мониторинга, а также российской системы управления качеством атмосферного воздуха «Эколог-город». Приведены основные сведения о существующей государственной сети мониторинга атмосферного воздуха г. Липецка. Проведенный анализ показал, что оптимальным вариантом создания и внедрения систем мониторинга в России является интеграция российских и зарубежных подходов к функциональному и информационному обеспечению с использованием российской методической базы.

Глава 2. Статистический анализ данных мониторинга атмосферы города Липецка.

Метеорологические условия, наряду с режимом функционирования источников загрязнения, являются основополагающим фактором, определяющим уровень антропогенного загрязнения атмосферы. При этом сложное совместное влияние метеорологических условий в определенной степени отражает синоптическая ситуация. В работе проведен анализ уровней загрязнения атмосферы в зависимости от синоптических ситуаций. Все ситуации, имевшие место в исследуемом районе за рассматриваемый период времени, были разделены на 12 типов, достаточно различимых между собой с точки зрения влияния на характер антропогенного загрязнения: 1) центральная часть циклона; 2) передняя часть циклона; 3) теплый сектор циклона; 4) тыловая часть циклона; 5) ложбина; 6) малоградиентная область пониженного давления; 7) атмосферные фронты; 8) центральная часть антициклона; 9) периферия антициклона; 10) гребень; 11) малоградиентная область повышенного давления; 12) барическая седловина.

В качестве загрязнителей рассматривались вещества, оказывающие наибольшее влияние на загрязнение атмосферы рассматриваемого района: пыль, оксид углерода (СО), диоксид а з о тМ©£)р оводород (Ь^), фенол (С&НзОН) и формальдегид.

Анализируя средние значения уровня антропогенных загрязнений атмосферы при различных синоптических ситуациях (таблица 1) сделан вывод, что чаще всего повышение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере связано с антициклоническими образованиями, теплым сектором циклона. Види-

мо, это связано с инверсионными слоями и туманами, характерными для областей повышенного давления и теплого сектора, с переносом загрязняющих ингредиентов нисходящим воздушным потоком, характерным для антициклона. Относительно меньшие концентрации загрязняющих веществ отмечаются в малоградиентных областях пониженного давления, в барической седловине, передней части циклона. Все эти синоптические ситуации можно объединить наличием восходящих движений воздушных масс или возможным развитием, при определенных условиях, конвективных движений, процессом облакообразова-ния и, как следствием, выпадением осадков.

Таблица 1

Средние уровни антропогенных загрязнений по синоптическим ситуациям

Типы си- Концентрации загрязняющих веществ, мг/м3

ноптических Пыль Оксид Диоксид Сероводо- Фенол Формаль-

ситуаций углерода азота род дегид

1 0,22 1,40 0,067 0,0031 0,0044 0,021

2 0,21 1,59 0,078 0,0054 0,0041 0,019

3 0,21 1,78 0,068 0,0054 0,0056 0,025

4 0,24 1,58 0,070 0,0039 0,0047 0,025

5 0,23 1,64 0,071 0,0037 0,0050 0,022

6 0,27 1,32 0,067 0,0036 0,0057 0,018

7 0,19 1,22 0,054 0,0035 0,0042 0,019

8 0,33 1,45 0,074 0,0027 0,0055 0,022

9 0,22 1,61 0,051 0,0035 0,0043 0,020

10 0,23 1,51 0,062 0,0033 0,0039 0,024

11 0,25 1,52 0,057 0,0042 0,0041 0,026

12 0,17 1,80 0,055 0,0015 0,0043 0,022

В качестве метеорологических величин, влияющих на уровень загрязнения атмосферы, рассмотрены диапазоны изменения температуры и относительной влажности воздуха, скорости и направления ветра.

Распределение средних концентраций отдельных ингредиентов при различных значениях температуры, относительной влажности и скорости ветра приведены на рис. 1-3. Обобщенные результаты анализа, представленные в виде тенденции изменения концентраций рассматриваемых ингредиентов в зависимости от метеорологических величин, приведены в таблице 2.

Анализируя направления ветра, следует отметить незначительное увеличение концентраций оксида углерода и фенола при юго-восточном направлении.

мг/м'

Т«-20 -20«Т«-15 -15<Т«-10 -10«Т<-5 -5<Т«0 0«Т<5 5<Т<10 1<ХТ<15 15<Т«20 20<Т<25 25-Т<30 Т»ЭО О^-

|□ 7 00 «1300-ГЩК |

Рис. 1. Средние концентрации фенола при различных температурах воздуха

мг/м'

Я>90

мг/м 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005

40«Я<50 50<|*<60 60«Я<70 70«И«В0 В0<Я<90 [□700 11300-ПДК |

Рис. 2. Средние концентрации пыли при различной влажности воздуха

1 ш

Штиль 1-2 3-4 5-5

[0~7 00 113 00 |

Рис. 3. Средние концентрации сероводорода при различных скоростях ветра

Таблица 2

Особенности влияние метеовеличин на уровень загрязнения атмосферы

Наименование вещества Метеорологические величины

Температура воздуха Относительная влажность Скорость ветра

Пыль X - +

Оксид углерода + X -

Диоксид азота + - -

Сероводород X X +

Фенол + X X

Формальдегид + - X

«+» / «-» - увеличение / снижение концентрации (с ростом значения метеопараметра); «х» - зависимость более сложного характера.

С целью определения влияния атмосферных явлений на уровень антропогенного загрязнения, каждому из них ставились в соответствие наблюдения за концентрациями рассматриваемых загрязняющих веществ. Для большинства загрязняющих веществ, как, например, для пыли, максимальные концентрации отмечаются при мгле (рис. 4). Как правило, этому явлению соответствует анти-циклональное состояние атмосферы, нисходящие воздушные потоки и наличие задерживающих инверсионных слоев. Минимальные концентрации отмечаются при выпадении осадков (морось, дождь, снег). Происходит вымывание примесей из атмосферы. мг/м3

Рис. 4. Распределение концентрации пыли в атмосфере при различных явлениях погоды

Анализ суточного хода концентраций загрязняющих веществ показал, что уровень загрязнения атмосферы г. Липецка по большинству ингредиентов выше в дневные часы. Это связано с интенсификацией работы промышленности и увеличением транспортной активности.

Рассмотренные синоптические ситуации, значения метеовеличин и атмосферные явления в определенной степени способствуют увеличению или уменьшению концентраций загрязняющих веществ в атмосфере. Выявленные особенности необходимо учитывать при совершенствовании моделей расчета уровня загрязнения атмосферы и разработке систем мониторинга атмосферного воздуха.

В работе проведен статистический анализ влияния качества атмосферного воздуха г. Липецка на здоровье детского населения по данным четырех детских поликлиник и двух детских медицинских объединений по 7 основным

классам болезней. Влияние загрязнения атмосферы на заболеваемость в различных районах города дифференцировано. Наиболее четко прослеживается связь между онкозаболеваниями и содержанием в атмосфере формальдегида в районе металлургического завода «Свободный Сокол» (рис. 5). Степень тесноты связи подтверждает визуально график распределения концентраций формальдегида и уровня онкозаболеваний, а также коэффициент детерминации

(Ы =0,654).

Рис. 5. График зависимости среднегодовых концентраций формальдегида (в долях ПДК) и количества больных новообразованиями (°/оо) в районе «Свободного Сокола»

Глава 3. Совершенствование и реализация математической модели расчетного мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия.

В данной главе рассмотрены методы совершенствования математической модели расчетного мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия, а также ее реализация в виде программного продукта. Показаны преимущества расчетного мониторинга по сравнению с экспериментальным. Рассмотрена классификация существующих моделей качества атмосферного воздуха и приведен пример математического описания гауссовской модели, широко используемой для расчетов за рубежом.

Определена структура и функции системы локального мониторинга атмосферного воздуха крупного промышленного предприятия, выделен перечень решаемых задач и комплекс применяемых методов (рис. 6).

Рис. 6. Общая структура системы локального мониторинга атмосферы

Усовершенствована модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. При этом за основу взята «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86, которая в России является единственной нормативной расчетной методикой. Усовершенствованная модель позволяет проводить расчеты по фактическим метеопараметрам (скорости и направлению ветра, температуре атмосферного воздуха). Кроме этого разработаны механизмы использования информации от источников, оснащенных системами непрерывного учета выбросов в атмосферу и учета эффектов самоочищения атмосферы и вымывания примесей осадками. Данные подходы рассмотрены в главе №4.

Описана разработанная комплексная информационно-моделирующая

система автоматизированного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия, программно реализованная в среде визуальной разработки приложений Borland С++ Builder с использованием базы данных Microsoft Access (рис. 7). Система позволяет проводить моделирование и анализ загрязнения атмосферы с учетом параметров источников выбросов и метеорологической обстановки с отображением уровней загрязнения в виде изолиний на географической карте г. Липецка, что обеспечивает высокую информативность и простоту использования результатов расчетов. Информация о метеопараметрах и концентрациях загрязняющих веществ поступает в систему по каналам связи из липецкого Гидрометцентра. В системе реализован модуль просмотра и обработки ошибочных данных, с возможностью их корректировки.

X -таге V: -7213 Адотаяжякил'- 0,351ЦК(О.РЗОir/иЗ} ГС»—тр»! 4д0цГс ВОгрщ ___-_ !1;96ДП0

Рис. 7. Основные компоненты расчета и анализа загрязнения атмосферы

Расчет концентраций загрязняющих веществ в атмосфере можно проводить в соответствии с тремя режимами использования температуры, скорости и направления ветра:

- режим «а что если...» (по произвольным значениям метеопараметров);

- режим «оп-Ипе» (по значениям фактических метеопараметров, измеренных на метеостанции или ПНЗ), то есть режим реального времени с суточным накоплением;

- режим ретроспективного анализа.

Все характеристики расчета отображаются в строке состояния, вследствие чего система обладает удобным механизмом оперативного анализа расчетных концентраций в любой точке местности. Имеется возможность расчета вкладов источников выбросов в расчетную концентрацию в заданной контрольной точке местности, что позволяет выявить основные источники загрязнения атмосферы и наметить пути улучшения экологической обстановки в данном районе. Контрольный отрезок позволяет просмотреть график распределения рассчитанной концентрации на выбранном расстоянии.

Достоинством разработанной системы является также наличие блока обработки и анализа информации липецкого Гидрометцентра. Имеется возможность просмотра динамики изменения, гистограммы распределения, расчета статистических характеристик, построения линейного и полиномиального трендов. Концентрации вредных веществ могут быть проанализированы на соответствие нормативам с выводом соответствующих метеопараметров (рис. 8).

Рис. 8. Анализ изменения концентраций загрязняющего вещества в атмосфере

Система позволяет строить розы ветров и загрязнения за любой период времени и проводить расчет коэффициентов, характеризующих качество атмосферного воздуха — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), комплексный ИЗА, стандартный индекс (СИ), наибольшую повторяемость превышения ПДК (НП) (рис. 9).

Рис. 9. Расчет показателей качества атмосферы и построение розы загрязнения

Блок анализа информации содержит также построение годового хода средних (максимальных, минимальных) значений метеопараметров, оказывающих основное влияние на уровень загрязнения атмосферы; диаграмм повторяе-мостей направлений и скоростей ветра, туманов и осадков; диаграмм распределения концентраций по месяцам, по градациям температуры, относительной влажности, скорости и направлению ветра, по атмосферным явлениям с возможностью отображения средних значений и ПДК (рис. 1-4).

С помощью системы определены зоны максимального влияния промышленного предприятия (на примере ОАО «НЛМК») на качество атмосферы города Липецка по основным загрязняющим веществам. Наибольшие превышения ПДК на границе жилой зоны по данным на 2003 г. наблюдаются по сероводороду, что можно объяснить влиянием шлакопереработки.

Глава 4. Методы повышения эффективности мониторинга атмосферного воздуха промышленных предприятий.

В данной главе исследованы временные ряды динамики загрязнения ат-

мосферы г. Липецка на примере сероводорода. Построенные гистограммы подтвердили существующие представления о том, что концентрации примесей в атмосфере распределяются по логнормальному закону (рис. 10).

Рис. 10. Гистограмма распределения сероводорода на ПНЗ-4,2000 год

Предложена методика обработки результатов мониторинга атмосферы, позволяющая идентифицировать приблизительное количество основных источников выбросов. Для этого впервые для экологических целей использован современный метод нелинейной динамики, базирующийся на расчете корреляционной размерности и корреляционного интеграла.

Для вычисления корреляционной размерности через исходный ряд Х^) формируется набор временных последовательностей: X: Х(1,)> Х(12),...,Х(^)

Хп.,: Х(1,+(п-1)г), Х(12+(п-1)т),..., Х(1к+(п-1)7), где N— объем выборки; п - общее количество сформированных за счет сдвига т переменных (#»л); г - задержка, выбранная таким образом, чтобы переменные Х,...,Х„.1 были линейно независимыми (т=тА1, где т — целое, Д/ — временной интервал между соседними наблюдениями).

По сформированным рядам рассчитывается корреляционный интеграл:

'.7-1

где Ху X] — точки фазового пространства с координатами {Х(^),... ,Х(1|+(п-1 )т)} и {Х(^),...,Х(^+(п-1)т)}; г<1; 0 - функция Хевисайда.

Величина корреляционной размерности I) при заданном значении п опре-

1п(С(г))

деляется исходя из соотношения V = — , где V есть размерность при за-

1п(г)

данном п. Вычисление Б проводится при относительно малых значениях г. Если при увеличении величина стабилизируется, то это значение и определяет корреляционную размерность Б. Ограниченность этой размерности говорит о том, что сигнал генерируется ограниченным числом превалирующих мод, или, применительно к экологическому мониторингу, это означает, что ряды изменения уровня загрязнения формируются во времени ограниченным числом мощных источников. Если стабилизации не происходит, то измеренный сигнал порождается воздействием большого числа первопричин, т.е. измеренные концентрации порождаются суммарным воздействием большого числа источников.

Подробно описан механизм моделирования загрязнения атмосферы с учетом эффектов вымывания и самоочищения. Расчет концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы при вымывании примесей осадками осуществляется следующим образом:

— при вымывании дождем,

- при вымывании снегом,

где а = -9-10"5 и -3-10'5 характеризует взаимодействие примеси с осадками (коэффициент вымывания), - концентрация при отсутствии осадков, рассчитанная по ОНД-86; х — расстояние до источника по оси факела; и — скорость ветра.

Анализ метеопараметров атмосферы позволил уточнить коэффициент самоочищения, который определяется как отношение повторяемости условий, способствующих накоплению примесей в атмосфере, к повторяемости условий, благоприятствующих удалению загрязнителей, с учетом региональных особенностей г. Липецка:

где см - концентрация при отсутствии осадков, рассчитанная по ОНД-86; Рщ — повторяемость штилей; - повторяемость туманов; - повторяемость инверсий; - повторяемость осадков; - повторяемость ветра более 6 м/с.

Определены основные принципы моделирования загрязнения атмосферы с учетом данных о среднесуточном количестве выбросов загрязняющих веществ от систем непрерывного контроля и учета выбросов в атмосферу в ходе технологического процесса. Это позволяет использовать наиболее достоверные и оперативные данные и принимать их для расчетов вместо информации из то-

ма предельно допустимых выбросов (ПДВ). Предложен вариант структуры подобных систем, позволяющих осуществлять оперативную оценку влияния технологического процесса на качество атмосферного воздуха и проводить корректирующие действия в случае превышения нормативов выбросов с целью оптимизации технологии и улучшения экологической обстановки (рис. 11).

Рис. 11. Технологическая структура локального мониторинга атмосферы

В заключении сформулированы выводы, приведены основные результаты работы.

1. В результате совместного анализа количественных характеристик уровня загрязнения атмосферы конкретными загрязняющими веществами и сопутствующих метеорологических условий, выявлены особенности способствующие накоплению и рассеянию примесей в атмосфере. Чаще всего повышение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере связано с антициклоническими образованиями и теплым сектором циклона. Относительно меньшие концентрации загрязняющих веществ отмечаются в малоградиентных областях пониженного давления, в барической седловине, передней части циклона. Определены средние значения концентраций загрязняющих веществ, характерные для определенных диапазонов температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра. Выявлена тенденция изменения концентраций рассматриваемых ингредиентов в зависимости от изменения метеорологических величин.

Так, с ростом температуры, в целом, отмечается увеличение концентрации СО, N02, С6Н5ОН и формальдегида; с ростом относительной влажности отмечено уменьшение концентраций пыли и формальдегида; с увеличением скорости ветра увеличиваются концентрации пыли и сероводорода и уменьшаются значения концентраций СО и ЫОг. При анализе влияния метеорологических явлений для большинства рассматриваемых загрязняющих ингредиентов максимальные концентрации отмечаются при мгле. Минимальные концентрации отмечаются при выпадении осадков (морось, дождь, снег).

2. В результате проведенных исследований уровень загрязнения приземного слоя атмосферы г. Липецка по показателю КИЗА оценивается как высокий. Наибольший уровень загрязнения атмосферы в районе расположения ПНЗ-2, при этом основной вклад вносит формальдегид. Статистическая обработка экспериментальных данных и анализ гистограмм показали, что концентрации примесей в атмосфере распределяются по логнормальному закону.

3. Анализ влияния общего уровня загрязнения атмосферного воздуха на состояние здоровья детского населения г. Липецка показал, что наиболее проявленными нозологическими разностями являются онкологические заболевания, пневмонии, болезни миндалин и хронические бронхиты.

4. Усовершенствована математическая модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в зоне влияния выбросов промышленного предприятия. К ее основным особенностям относится возможность проведения расчетов по фактическим метеопараметрам. Осуществляется учет основополагающих эффектов, контролирующих экологическое состояние атмосферы — самоочищение и вымывание примесей осадками. Для расчетов могут использоваться данные о выбросах от систем непрерывного контроля и учета.

5. Структуру локального мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия включает основополагающие блоки, такие как сбор входных данных; передача их в информационно-вычислительный центр; хранение и статистическая обработка информации; моделирование загрязнения атмосферы; формирование статистической отчетности. Особенностью является использование комплексной системы автоматизированного мониторинга атмосферы.

6. Комплексная информационно-моделирующая система автоматизиро-

ванного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия позволяет осуществлять оперативный сбор и обработку данных Гидрометцентра, устанавливать диагноз состояния атмосферного воздуха по стандартной и усовершенствованной моделям с отображением уровней загрязнения в виде изолиний концентраций, а также предоставляет возможность проведения анализа уровня загрязнения атмосферы при сопутствующих метеоусловиях. В результате определения зон влияния промышленного предприятия на качество атмосферы г. Липецка выделены вещества, имеющие превышения ПДК и для снижения выбросов которых требуется разработка и проведение природоохранных мероприятий.

7. Предложена методика обработки результатов мониторинга атмосферы для косвенной идентификации источников выбросов с использованием метода нелинейной динамики, базирующегося на расчете корреляционной размерности и корреляционного интеграла, позволившая оценить возможное количество источников выбросов в атмосферу промышленного города. Адаптация данной методики к решению экологических задач позволяет получать статистически подтвержденную информацию о плотности техногенного воздействия на различные участки промышленного города.

Разработанная система мониторинга атмосферного воздуха апробирована на ОАО «НЛМК», внедрена в липецком Гидрометцентре, может быть использована на других промышленных предприятиях России.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дубровский С.А. Статистическая обработка экологического мониторинга / С.А Дубровский, П.В. Лизогуб, Д.В. Корчагин, В.А Дудина, Ж.С. Абросимова // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. - Липецк: ЛЭГИ, 2002. - №1. - С.4-11.

2. Корчагин Д.В. Система непрерывного контроля и учета выбросов / Д.В. Корчагин // Наша общая окружающая среда: Сб. тез. доклад. III науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов г. Липецка. — Липецк: ЛЭГИ, 2002.-С. 54-55.

3. Кузнецов Л. А. Система учета и прогноза выбросов в атмосферу в ходе технологического процесса / Л.А. Кузнецов, A.M. Корнеев, Д.В. Корчагин //

Современные сложные системы управления СССу/НТС8'2002: Сб. тр. между-нар. науч.-техн. конф. - Старый Оскол, 2002. - С. 238-241.

4. Корчагин Д.В. Оценка выбросов при экологическом моделировании / Д.В. Корчагин // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. - Липецк: ЛЭГИ, 2002. - №2. - С. 60-61.

5. Корчагин Д.В. Пути совершенствования математических моделей экологического мониторинга / Д.В. Корчагин // Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике: Сб. тр. — Воронеж: Центрально-Черноземное книжное издательство, 2003. - Вып. 8. - С. 101-102.

6. Сидорович Г.М. Данные о выбросах вредных веществ в атмосферу на территории Российской Федерации за пятилетней период 1996-2000 гг. / Г.М. Сидорович, Н.С. Буренин, В.Д. Николаев, О.В. Двинянина, Д.В. Корчагин // Информационный бюллетень №1 (27). - СПб, 2003. - С.82-98.

7. Корчагин Д.В. Программа расчета и анализа загрязнения атмосферы / Д.В. Корчагин, Е.В. Орешин, С.А Дубровский. - М: ГОСФАП, 2003. -№ 50200300735 от 14.08.03 г.

8. Косинова И.И. Математическое моделирование пространственного распределения вредных веществ в атмосфере / И.И. Косинова, Д.В. Корчагин, И.В. Петров // Совершенствование наземного обеспечения авиации. Экологическая безопасность и мониторинг: Матер. Всерос. науч.-практ. конф. — Воронеж: ВВАИИ.2003.-С.59.

9. Косинова И.И. Информационные системы как инструмент мониторинга компонентов природной среды / И.И. Косинова, Д.В. Корчагин, И.В. Петров // Совершенствование наземного обеспечения авиации. Экологическая безопасность и мониторинг: Матер. Всерос. науч.-практ. конф. — Воронеж: ВВАИИ, 2003.-С. 60.

10. Корчагин Д.В. Моделирование загрязнения атмосферы с учетом эффектов вымывания и самоочищения / Д.В. Корчагин // Экология Центрально -Черноземной области Российской Федерации. — Липецк: ЛЭГИ, 2003. — №2. — С.67-69.

11. Косинова И.И. Влияние метеорологических условий на накопление, перенос и рассеивание вредных веществ в компонентах геоэкологической сие-

темы Липецкого промрайона / И.И. Косинова, В.П. Закусилов, Д.В. Корчагин // Вестник ВГУ. Серия Геология. - Воронеж, 2003. - №2. - С. 211-218.

12. Дубровский С.А Совершенствование математических моделей и реализация систем мониторинга атмосферного воздуха / С.А. Дубровский, Д.В. Корчагин // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. - Липецк: ЛЭГИ, 2004. -№1. - С. 11-13.

Подписано в печать 05.10.04 г. Формат 60x84/16 Объём 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 41055. Типография ЛОТ ОАО «НЛМК»

190 24

РНБ Русский фонд

2GG5-4 17354

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Корчагин, Денис Владимирович

Введение.

1. Основные принципы разработки системы мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

1.1. Анализ существующих информационно-измерительных систем мониторинга загрязнения атмосферы промышленного города.

1.2. Общая структура мониторинга атмосферного воздуха.

1.3. Государственная сеть мониторинга атмосферного воздуха г. Липецка.

Выводы и основные направления исследования.

2. Статистический анализ данных мониторинга атмосферы города Липецка.

2.1. Анализ синоптических и метеорологических условий, влияющих на уровень загрязнения атмосферы.

41 2.2. Анализ влияния метеорологических факторов на уровень антропогенного загрязнения атмосферы.

2.3. Оценка связи заболеваемости детей с уровнем загрязнения воздуха г. Липецка.

Выводы.

3. Совершенствование и реализация математической модели расчетного мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия.

3.1. Модели качества атмосферного воздуха.

3.2. Разработка структуры системы мониторинга атмосферного воздуха и совершенствование ее математической модели для крупного промышленного предприятия.

3.3. Моделирование пространственного распределения вредных веществ в приземном слое атмосферы.

3.4. Разработка комплексной информационно-моделирующей системы мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

3.5. Исследование влияния промышленного предприятия на качество атмосферного воздуха.

Выводы.

4. Методы повышения эффективности мониторинга атмосферного воздуха промышленных предприятий.

4.1. Статистические методы обработки данных мониторинга атмосферного воздуха.

4.2. Использование методов нелинейной динамики для косвенной идентификации основных источников выбросов.

4.3. Моделирование загрязнения атмосферы с учетом эффектов вымывания и самоочищения.

4.4. Моделирование загрязнения атмосферы с учетом данных от систем непрерывного контроля и учета выбросов в атмосферу в ходе технологического процесса.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Особенности мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия"

Актуальность темы. В эпоху научно-технического прогресса антропогенные воздействия на атмосферу становятся все более интенсивными и масштабными. Последствия загрязнения воздуха являются серьезной геоэкологической проблемой для крупных промышленных предприятий и прилегающих к ним территорий.

В связи с этим, наибольшую важность приобретают вопросы объективного контроля качества и регулирования состояния атмосферы. Для того, чтобы обеспечить научно обоснованное управление качеством воздуха на этих территориях, необходима регулярная и оперативная информация о выбросах вредных веществ в атмосферу, об уровнях ее загрязнения, их изменениях в течение длительного периода, а также о метеорологических условиях, сопутствующих распространению загрязняющих веществ в атмосфере. В этом плане одной из наиболее актуальных проблем является разработка и совершенствование мониторинга загрязнения воздушного бассейна конкретными типами антропогенных источников.

Цель исследования - разработка методики организации системы локального мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия для практического использования его результатов при выработке управленческих решений по оздоровлению воздушного бассейна.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Анализ существующих методик мониторинга атмосферного воздуха. Разработка основных принципов и структуры системы мониторинга приземного слоя атмосферы локального уровня организации.

2. Определение характера техногенной нагрузки на воздушную среду в зоне влияния крупного промышленного предприятия. Оценка экологического состояния приземного слоя атмосферы г. Липецка на основе пространственно-временного статистического анализа метеорологических условий и уровней загрязнения атмосферы.

3. Расширение возможностей модели расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в зоне влияния выбросов промышленного предприятия с учетом особенностей исследуемого района.

4. Разработка программного и информационного обеспечения системы мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

5. Разработка методики статистической обработки результатов экологического мониторинга основных загрязняющих веществ промышленного города для косвенной идентификации основных источников выбросов с использованием методов нелинейной динамики.

6. Оценка влияния уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье детского населения г. Липецка.

Объект исследования — геоэкологическое состояние приземного слоя атмосферы крупного промышленного города.

Предмет исследования — локальный мониторинг приземного слоя атмосферы в зоне влияния крупного промышленного предприятия.

Методы исследования — методы статистического анализа, картографические, физико-статистические, графо-аналитические и численного моделирования.

Методологической основой для проведения данной диссертационной работы послужила теория и практика мониторинга атмосферного воздуха и теория атмосферной диффузии, изложенные в работах ведущих ученых: Ю.А. Израэля, О.Г. Сеттона, Э.Ю. Безуглой, М.Е. Берлянда, Р.И. Оникула, H.JL Бызовой, Д.С. Лайхтмана, Ф.Т.М. Ньистадта, X. Ван Допа и др.

Исходный материал - параметры выбросов в атмосферу 1500 источников загрязняющих веществ ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ОАО «НЛМК»), данные липецкого Гидрометцентра с 5 постов наблюдения за загрязнением атмосферы (ПНЗ) и метеостанции за период 1999-2003 гг., данные санэпиднадзора г. Липецка о состоянии здоровья детского населения за период 1993-2002 гг.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием достоверных данных государственной сети Росгидромета и санэпиднадзора; корректным применением апробированных математико-статистических методов анализа и обработки исходной информации и лицензионных программных продуктов для ПЭВМ; удовлетворительным согласованием результатов расчетов с данными наблюдений.

Научная новизна работы:

1. Выявлены особенности влияние циркуляционных условий, основных метеорологических величин и явлений погоды на уровень антропогенного загрязнения приземного слоя атмосферы г. Липецка за последние 5 лет. Проведена оценка влияния уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье детского населения г. Липецка.

2. Усовершенствована модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в зоне влияния выбросов промышленного предприятия с учетом фактических метеорологических условий, эффектов самоочищения атмосферы и вымывания примесей осадками, а также данных о выбросах, полученных от систем непрерывного контроля и учета.

3. Предложена структура и разработана комплексная система автоматизированного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

4. Предложена методика обработки результатов экологического мониторинга промышленного города для косвенной идентификации основных источников выбросов с использованием методов нелинейной динамики.

Теоретическая значимость работы состоит в развитии теории влияния выбросов крупного промышленного предприятия на уровень загрязнения приземного слоя атмосферы с учетом метеорологических параметров; в разработке методики обработки результатов мониторинга и предложений по оптимизации экологического состояния атмосферы.

Практическая ценность работы. Система локального мониторинга промышленного предприятия реализована в виде программного продукта, позволяющего проводить моделирование, анализ и отображение данных о загрязнении атмосферы с учетом параметров источников выбросов и метеорологической обстановки, что обеспечивает высокую информативность и простоту использования результатов расчетов. Математическое и компьютерное моделирование, как основной метод геоэкологического мониторинга, может быть использовано в работе органов Росгидромета, Госсанэпидемнадзора, Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды (ГУIIP и ООС) при исследовании прикладных проблем оценки качества атмосферы и его влияния на здоровье населения, а также при планировании и реализации природоохранных мероприятий.

Реализация результатов исследования. Результаты проведенных исследований и разработанная система мониторинга атмосферного воздуха апробированы на ОАО «НЛМК» и внедрены в липецком Гидрометцентре, кроме того, система зарегистрирована в Государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации (г. Москва, № 50200300735 от 14.08.03 г.).

Апробация работы. Основные результаты диссертации изложены и обсуждены на:

- 5-й региональной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» (Липецк, ЛЭГИ, 2001);

- III Научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов г. Липецка (Липецк, ЛЭГИ, 2002);

- Международной научно-технической конференции «Современные сложные системы управления CCCy/HTCS'2002» (Старый Оскол, СТИ, 2002);

- VIII Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике» (Воронеж, ВГТУ, 2003);

- Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации. Экологическая безопасность и мониторинг» (Воронеж, ВВАИИ, 2003);

- Положения материалов диссертации доложены на расширенном семинаре гидрометеорологического факультета ВВАИИ, 2004.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Особенности влияния циркуляционных условий атмосферы, основных метеорологических величин и явлений погоды на уровень антропогенного загрязнения приземного слоя атмосферы г. Липецка. Оценка влияния уровня загрязнения атмосферного воздуха на здоровье детского населения г. Липецка.

2. Усовершенствованная модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.

3. Структура и комплексная система автоматизированного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия.

4. Методика косвенной идентификации основных источников выбросов промышленного города с использованием методов нелинейной динамики.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ (статьи в периодических изданиях, материалы научных конференций, а также программа, зарегистрированная в ГосФАП России).

Личный вклад. Автор принимал личное участие в сборе, анализе и обработке метеорологической информации, данных по загрязнению приземного слоя атмосферы и заболеваемости детского населения г. Липецка, в постановке задач исследования, совершенствовании и анализе модели загрязнения приземного слоя атмосферы, разработке алгоритмов и программировании задач при создании информационно-моделирующей системы мониторинга атмосферы промышленного предприятия.

Система автоматизированного мониторинга промышленного предприятия реализована в среде визуальной разработки приложений Borland С++ Builder 6.0 с использованием базы данных Microsoft Access. Совместно с представителями ГТО им. А.И. Воейкова и НИИ «Атмосфера» (г. Санкт-Петербург) обобщен обширный аналитический материал о выбросах вредных веществ в атмосферу на территории РФ за период 1996-2000 гг., опубликованный во Всероссийском информационном бюллетене.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 107 наименований и содержит 168 страниц машинописного текста, включающих 100 рисунков, 7 таблиц и два приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Корчагин, Денис Владимирович

Выводы:

1. Предложена новая методика статистической обработки результатов экологического мониторинга атмосферы промышленной зоны и жилых районов, прилегающих к предприятиям, позволяющая в условиях ограниченной информации о выбросах с локальных источников идентифицировать гипотетические их количества (без локализации конкретного источника). Для этого предложено использовать в экологических целях современный метод нелинейной динамики, базирующийся на расчете корреляционной размерности и корреляционного интеграла.

2. Разработан механизм учета в модели локального мониторинга фактических метеорологических условий, влияющих на процессы самоочищения атмосферы и вымывания примесей осадками, что позволяет более достоверно оценивать фактическое загрязнение атмосферы.

3. Определены основные принципы использования в системе локального мониторинга данных о количестве выбросов загрязняющих веществ в ходе технологического процесса, позволяющих осуществлять оперативную оценку влияния технологического процесса на качество атмосферного воздуха. Предложена конфигурация и функции подобных систем в соответствии со спецификой выбросов основных металлургических производств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе для крупного промышленного города (на примере г. Липецка) проведено комплексное исследование прикладных проблем, связанных с информационным, методическим и расчетным обеспечением мониторинга атмосферного воздуха крупного промышленного предприятия, включающих контроль и учет выбросов, анализ загрязнения атмосферы и оценку его влияния на здоровье детей.

Проведенные исследования позволили решить следующие задачи:

В заключении сформулированы выводы, приведены основные результаты работы.

1. В результате совместного анализа количественных характеристик уровня загрязнения атмосферы конкретными загрязняющими веществами и сопутствующих метеорологических условий, выявлены особенности способствующие накоплению и рассеянию примесей в атмосфере. Чаще всего повышение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере связано с антициклоническими образованиями и теплым сектором циклона. Относительно меньшие концентрации загрязняющих веществ отмечаются в малоградиентных областях пониженного давления, в барической седловине, передней части циклона. Определены средние значения концентраций загрязняющих веществ, характерные для определенных диапазонов температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра. Выявлена тенденция изменения концентраций рассматриваемых ингредиентов в зависимости от изменения метеорологических величин. Так, с ростом температуры, в целом, отмечается увеличение концентрации СО, NO2, СбН5ОН и формальдегида; с ростом относительной влажности отмечено уменьшение концентраций пыли и формальдегида; с увеличением скорости ветра увеличиваются концентрации пыли и сероводорода и уменьшаются значения концентраций СО и NO2. При анализе влияния метеорологических явлений для большинства рассматриваемых загрязняющих ингредиентов максимальные концентрации отмечаются при мгле. Минимальные концентрации отмечаются при выпадении осадков (морось, дождь, снег).

2. В результате проведенных исследований уровень загрязнения приземного слоя атмосферы г. Липецка по показателю КИЗА оценивается как высокий. Наибольший уровень загрязнения атмосферы в районе расположения ПНЗ-2, при этом основной вклад вносит формальдегид. Статистическая обработка экспериментальных данных и анализ гистограмм показали, что концентрации примесей в атмосфере распределяются по логнормальному закону.

3. Анализ влияния общего уровня загрязнения атмосферного воздуха на состояние здоровья детского населения г. Липецка показал, что наиболее проявленными нозологическими разностями являются онкологические заболевания, пневмонии, болезни миндалин и хронические бронхиты.

4. Усовершенствована математическая модель расчета концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в зоне влияния выбросов промышленного предприятия. К ее основным особенностям относится возможность проведения расчетов по фактическим метеопараметрам. Осуществляется учет основополагающих эффектов, контролирующих экологическое состояние атмосферы - самоочищение и вымывание примесей осадками. Для расчетов могут использоваться данные о выбросах от систем непрерывного контроля и учета.

5. Структуру локального мониторинга атмосферы крупного промышленного предприятия включает основополагающие блоки, такие как сбор входных данных; передача их в информационно-вычислительный центр; хранение и статистическая обработка информации; моделирование загрязнения атмосферы; формирование статистической отчетности. Особенностью является использование комплексной системы автоматизированного мониторинга атмосферы.

6. Комплексная информационно-моделирующая система автоматизированного мониторинга приземного слоя атмосферы крупного промышленного предприятия позволяет осуществлять оперативный сбор и обработку данных Гидрометцентра, устанавливать диагноз состояния атмосферного воздуха по стандартной и усовершенствованной моделям с отображением уровней загрязнения в виде изолиний концентраций, а также предоставляет возможность проведения анализа уровня загрязнения атмосферы при сопутствующих метеоусловиях. В результате определения зон влияния промышленного предприятия на качество атмосферы г. Липецка выделены вещества, имеющие превышения ПДК и для снижения выбросов которых требуется разработка и проведение природоохранных мероприятий.

7. Предложена методика обработки результатов мониторинга атмосферы для косвенной идентификации источников выбросов с использованием метода нелинейной динамики, базирующегося на расчете корреляционной размерности и корреляционного интеграла, позволившая оценить возможное количество источников выбросов в атмосферу промышленного города. Адаптация данной методики к решению экологических задач позволяет получать статистически подтвержденную информацию о плотности техногенного воздействия на различные участки промышленного города.

Совершенствование автоматизированных систем локального экологического мониторинга в перспективе позволит создать взаимосвязанную систему оперативного, тактического и стратегического планирования оптимизационных мер, а также выработать рациональную экологическую политику для улучшения городской среды по всем ее компонентам.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Корчагин, Денис Владимирович, Воронеж

1. Андерсон В.Н. Геоинформационное моделирование: к новой методологической парадигме / В.Н. Андерсон // Известия АН. Серия географическая 1996, №2.-с.124-131.

2. Архив аэросиноптического материала метеорологической обсерватории Воронежского военного авиационного инженерного института. — Воронеж, 1985-2003 гг.

3. Астапенко П.Д. Погода и полеты самолётов / П.Д. Астапенко, A.M. Баранов, И.И. Шверев. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 280 с.

4. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей / Под. ред. Яглома. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

5. Балкаров Б.Б. Методы автоматизированной обработки нечетко обусловленной геоэкологической информации / Б.Б. Балкаров // Ин-т географии РАН. Выпуск 68, 1987. С. 12-24.

6. Безуглая Э.Ю. К статическому определению средних и максимальных значений концентраций примесей / Э.Ю Безуглая // Труды ГГО, выпуск 254, 1975.-С. 133-139.

7. Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов / Э.Ю. Безуглая. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 184 с.

8. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах / Э.Ю. Безуглая. — Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 199 с.

9. Безуглая Э.Ю. Чем дышит промышленный город / Э.Ю. Безуглая, Г.П. Расторгуева, И.В. Смирнова. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, - 255 с.

10. Белов П.Н. Перенос загрязняющих веществ и лучистой энергии в атмосфере / П.Н. Белов. М.: МГУ, 1996. - 72 с.

11. Берлянд М.Е. О закономерностях распространения атмосферных примесей и их учете при моделировании загрязнения / М.Е. Берлянд // Вопросы охраны атмосферы от загрязнения. Информационный бюллетень №2 (26). НПК

12. Атмосфера» при ГГО им. А.И. Воейкова, СПб., 2002, - С. 5-12.

13. Берляид М.Е. О моделировании загрязнения атмосферы в городах / М.Е. Берлянд и др. // Труды ГТО, выпуск 436, 1979. С. 3-16.

14. Берлянд М.Е. Об опасных условиях загрязнения атмосферы промышленными выбросами / М.Е. Берлянд. — Труды ГГО, выпуск 185, 1965. — С. 15-25.

15. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы / М.Е. Берлянд. — JL: Гидрометеоиздат, 1985. 272 с.

16. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы / М.Е. Берлянд Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 448 с.

17. Берлянд М.Е. Об усовершенствовании методов расчета загрязнения атмосферы / М.Е. Берлянд, Е.Л. Генихович, И.Г. Грачева, Р.И. Оникул, Е.Н. Филатова, Л.Г. Хуршудян // Труды ГГО, выпуск 511, 1988. С.3-23;

18. Берлянд М.Е. К проверке и сопоставлению методов расчета рассеивания примесей / М.Е. Берлянд, Р.И. Оникул // Труды ГГО, выпуск 387, 1977. -С.23-36.

19. Берлянд М.Е. Теоретические основы и методы расчета полей среднегодовых концентраций примесей от промышленных источников / М.Е. Берлянд, Е.Л. Генихович, С.С. Чичерин // Труды ГТО, выпуск 479, 1984. — С. 3-17.

20. Берлянт A.M. Картографический метод исследования / A.M. Берлянт. М.: Изд-во МГУ, 1988. - 251 с.

21. Буренин Н.С. К изучению загрязнения городов промышленными выбросами / Н.С. Буренин, Б.Б. Горошко // Труды ГТО, выпуск 238, 1975. С. 136-144.

22. Бызова Н.Л. Методическое пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным / Н.Л. Бызова. — М.: Гидрометеоиздат, 1973.

23. Бызова Н.Л. Рассеяние примесей в пограничном слое атмосферы / Н.Л. Бызова. М.: Гидрометеоиздат, 1974.

24. Вызова H.JI. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси / H.JI. Вызова, Е.К. Гаргер, В.Н. Иванов- Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 274 с.

25. Воробьев В.И. Синоптическая метеорология / В.И. Воробьев. — Л.: Гидрометеоиздат, 1991, — 616с.

26. Гармиз И.В. Геоинформационные технологии: принципы, международный опыт, перспективы развития / И.В. Гармиз М: ВНИИ мин. сырья, 1989. - 55 с.

27. Генихович Е.Л. К вопросу о применимости гауссовой модели для расчета загрязнения воздуха / Е.Л. Генихович // Труды ГТО, выпуск 450,1982. -С.35-41. i

28. Генихович Е.Л. Определение коэффициента турбулентности по данным стандартных метеорологических наблюдений / Е.Л. Генихович, Г.И. Осипова // Труды ГГО, выпуск 479, 1984. С. 62-69.

29. Генихович Е.Л. Оперативная модель расчета концентраций, осредненных за длительный период / Е.Л. Генихович, М.Е. Берлянд, И.Г. Грачева и др. // Мониторинг загрязнения атмосферы в городах. Труды ГГО, выпуск 549, 1998.-С. 11-31.

30. Голяндина Н.Э. Метод «Гусеница»—SSA: прогноз временных рядов / Н.Э. Голяндина, В.В. Некруткин, К.А. Браулов // Gistat Group, http://www.gistatgroup.com/gus/.

31. Горошко Б.Б. Основные принципы организации обследования загрязнения атмосферы в городах / Б.Б. Горошко, Т.А. Огнева // Труды ГГО, выпуск 238, 1976.-С. 123-135.

32. Демидович Б.П. Численные методы анализа / Б.П. Демидович, И.А. Марон, Э.З. Шувалова. М.: Наука, 1967. - 368 е., ил.

33. Дубровский С.А. Статистическая обработка данных экологического мониторинга/ С.А. Дубровский, В.А. Дудина, П.В. Лизогуб // Сборник научных трудов преподавателей и сотрудников, посвященный 45-летию ЛГТУ. Часть 2.- Липецк: ЛГТУ, 2001. С. 26-29.

34. Дубровский С.А. Статистическая обработка экологического мониторинга / С.А. Дубровский, П.В. Лизогуб, Д.В. Корчагин, В.А. Дудина, Ж.С. Абросимова // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. ЛЭГИ, № 1, 2002. С.4-11.

35. Ежегодники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу городов и регионов России за 1996-2000 гг.

36. Измалков В.И. Экологическая безопасность, методология прогнозирования антропогенных загрязнений и основы построения химического мониторинга окружающей среды / В.И. Измалков. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1994. — 182 с.

37. Израэль Ю.А. Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изменения состояния окружающей природной среды. Основы мониторинга / Ю.А. Израэль // Метеорология и гидрология, №7, 1974. С. 3-8.

38. Израэль Ю.А. Осуществление системы мониторинга загрязнения природной среды / Ю.А. Израэль, Н.К. Гасилина, Ф.Я. Ровинский, Л.М. Филиппова. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. — 117 с.

39. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. / Ю.А. Израэль. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. -376 с.

40. Каленский И.В. Автоматизированная система контроля состояния окружающей среды / И.В. Каленский // Сталь. №1, 1998. С. 76-77.

41. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. Справочное пособие. Под ред. Э.Ю. Безуглой, М.Е. Берлянда. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.-328 с.

42. Киселев В.Б. О выявлении источника, создающего повышенное загрязнение / В.Б. Киселев. Труды ГТО, выпуск 450,1982. - С. 42-47.

43. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. Под ред. Исаева Л.К. — Санкт-Петербург, Эколого-аналитический информационный центр «Союз», 1998. 896 с.

44. Корчагин Д.В. Моделирование загрязнения атмосферы с учетом эффектов вымывания и самоочищения / Д.В. Корчагин // Экология Центрально

45. Черноземной области Российской Федерации. ЛЭГИ, №2, 2003. С.67-69.

46. Корчагин Д.В. Оценка выбросов при экологическом моделировании / Д.В. Корчагин // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. ЛЭГИ, №2,2002. С. 60-61.

47. Корчагин Д.В. Система непрерывного контроля и учета выбросов / Д.В. Корчагин // Наша общая окружающая среда: Сборник тезисов докладов III научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов г. Липецка. Липецк: ЛЭГИ, 2002. - С. 54-55.

48. Дубровский С.А. Совершенствование математических моделей и реализация систем мониторинга атмосферного воздуха / С.А. Дубровский, Д.В. Корчагин // Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. Липецк: ЛЭГИ, 2004. - №1. - С.11-13.

49. Кочуров Б.И. География экологических ситуаций / Б.И. Кочуров // Изд. Уральского университета, 1977, — 132 с.

50. Кошкарев А.В. Геоинформатика / А.В. Кошкарев, B.C. Тикунов, A.M. Трофимов. — М.: «Картгеоцентр» «Геодезиздат», 1993. - 213 с.

51. Куролап Н.С. Медико-экологические аспекты оценки комфортности городской среды / Н.С. Куролап, Н.Т. Барвитенко // Геоэкологические проблемы устойчивого развития городской среды. — Воронеж, 1996. С. 154156.

52. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы / Д.Л. Лайхтман. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 340 с.

53. Лисицкий Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности / Д.В. Лисицкий. М.: Недра, 1988. — 261 с.

54. Макросиноптические процессы и состояние природной среды. Межвузовский сборник. Изд. Казанского университета, 1993. —148 с.

55. Малинецкий Г.Г. Современные проблемы нелинейной динамики / Г.Г. Малинецкий, А.Б. Потапов. М.: Эдиториал УРСС, 2000. - 336 с.

56. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды / Г.И. Марчук. — М.: Наука, 1982. — 315 с.

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

58. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы / Л.Т. Матвеев. — С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2002. 640 с.

59. Метеорология и атомная энергия. Пер. с английского под ред.

60. Н.Л. Бызовой, К.П. Махонько. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. — 648 с.63. «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1987.

61. Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека // Всемирная организация здравоохранения. Европейская серия, №85. Копенгаген, 2001. - 293 с.

62. Неймарк Ю.И. Стохастические и хаотические колебания / Ю.И. Неймарк, П.С. Ланда. М.: Наука, 1987. - 424 с.

63. Николис Г. Познание сложного. Введение / Г. Николис, И. Пригожин. — М.: Мир, 1990.-344 е., ил.

64. О состоянии и об охране окружающей среды Липецкой области в 2002 году. Доклад. ГУПР и ООС МПР России по Липецкой области. Липецк: Типография Липецкого издательства, 2003. - 224 с.

65. Об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей природной среды Липецкой области в 2000 году. Доклад. КПР по Липецкой области. Липецк: Типография Липецкого издательства, 2001. - 160 с.

66. Об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей природной среды Липецкой области в 2001 году. Доклад. КПР по Липецкой области. Липецк: Типография Липецкого издательства, 2002. - 176 с.

67. Обзоры комитетов природных ресурсов Российской Федерации за 1996-2000 гг.

68. Оникул Р.И. Методологические основы разработки общегородских долгосрочных комплексных программ атмосфероохранных мероприятий / Р.И. Оникул // Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. СПб., Выпуск №2, 1998.-С. 5-68.

69. Оникул Р.И. О расчетном мониторинге загрязнения атмосферного воздуха / Р.И. Оникул // Охрана воздушного бассейна городов и промышленных регионов. НПК «Атмосфера» при ГТО им. А.И. Воейкова. — СПб., 2000.-С. 211-231.

70. Онищенко Г.Г. Проблемы охраны здоровья и окружающей среды в экологической доктрине России / Г.Г. Онищенко // Известия академии промышленной экологии, №3,2003. С. 14-19.

71. Попов А.М. О распространении примесей в атмосфере города / A.M. Попов // Метеорология и Гидрология, №11, 1975. С. 48-54.

72. Попов В А. Содержание озона в городской атмосфере в зависимости от метеорологических условий / В.А. Попов, J1.H. Черных, Е.В. Печенникова // Метеорология и гидрология, №2, 1985. —С. 105-108.

73. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 693 с.

74. Семенченко Б.А. Метеорологические аспекты охраны природной среды / Б.А. Семенченко, П.Н. Белов. — Издательство Московского университета, 1984. 95 с.

75. Сеттон О.Г. Микроклиматология / О.Г. Сеттон. Л.: Гидрометеоиздат, 1958.-354 с.

76. Система управления качеством воздуха в Санкт-Петербурге. Администрация Санкт-Петербурга. Управление по охране окружающей среды. -СПб, 2001.-8 с.

77. Скубневская Г.И. Загрязнение атмосферы формальдегидом: Аналитический обзор / Г.И. Скубневская, Г.Г. Дульцева // РАН. Сиб. отд-ние ГПНТБ, ИХКиГ. Сер. Экология, Вып. 31.- Новосибирск, 1994. 70 с.

78. Статистическая структура метеорологических полей / Под ред. В.И.

79. Захариева, Р. Целнаи. Будапешт, 1976. - 365 с.

80. Стыро Б.И. Самоочищение атмосферы от радиоактивных загрязнений / Б.И. Стыро. — JL: Гидрометеоиздат, 1968.

81. Трофимов В.Т. Геоэкология, экологическая геология и инженерная геология соотношение содержания, объектов, предметов и задач / В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг // Геоэкология. №6, 1996. - С. 47-54.

82. Хайди Г.М. Процессы удаления газообразных и взвешенных загрязнений из атмосферы / Г.М. Хайди // Химия нижней атмосферы. — М.: Мир, 1976.

83. Хромов С.П. Метеорология и климатология / С.П. Хромов, М.А. Петросянц. М.: МГУ, 2001. - 528 с.

84. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии / В.Я. Цветков. М.: Финансы и статистика, 1998. - 288 с.

85. Шульц Л. А. Энерго-экологические проблемы современного металлургического комбината / Л.А.Шульц, Е.В.Рябова // Известия вузов. Черная металлургия. №11, 2002. С. 67-70.

86. Экологическая обстановка в г. Воронеж / Ред. Н.В. Стороженко. — Воронеж, 1994.-48 с.

87. Юнге X. Химический состав и радиоактивность атмосферы / X. Юнге. М.: Мир, 1965.

88. Янковский И.А. К обобщению опыта работы постов наблюдений за химическим составом атмосферного воздуха городов / И.А. Янковский // Труды ГТО, выпуск 234,1978. С. 116-124.

89. DURAG GROUP. Solution for emission and combustion. Измерительная техника экологического мониторинга / DURAG GROUP // http://www.durag.de.

90. Endregard G. AirQUIS: a Modern Air Quality Management Tool / G. Endregard // EURASAP SATURN-EURASAP Urban Air Quality Management Systems Proceedings of a SATURN-EURASAP Workshop Rhodes, Greece, 4 April 2002, pp. 65-72.

91. Martin P. Requirements for flame monitors and burner management systems / P. Martin // University of Leeds, England, January 21, 1998.

92. Nieuwstadt F.T. A numerical study on the vertical dispersion of passive contaminants from a continuous source in the atmospheric surface layer / F.T. Nieuwstadt, A.P. van Ulden // Atmos. Environ., 1978, vol. 12, №11. pp. 21192124.

93. Pasquill F. Atmospheric diffusion / F. Pasquill — London: Van Nostrand, 1962.-298 p.

94. POSCO. Environmental Progress Report, 2001 / POSCO // http://www.posco.co.kr.

95. Seinfeld, J.H. Atmospheric chemistry and physics of air pollution / J.H. Seinfeld. New York, John Wiley and Sons, 1986.

96. SICK AG. Analysis systems for process and emission monitoring / SICK AG // http://www.sick.de.

97. Turner D.B. Workbook of atmospheric dispersion estimates / D.B. Turner. NAPCA, 1969.-84 p.

98. VOEST-ALPINE Industries. Products and services / VOEST-ALPINE Industries // http://www.vai.at.

99. Заведующий кафедрой металлургии, д.т.н., профессор

100. Начальник отдела наблюдений гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства1. С.А. Дубровский

101. Министерство образования РФ Воронежский государственный технический университет Воронежский областной центр Новых информационных технологий394026, Воронеж, Московский проспект, 14, ОЦНИТ тел. (0732) 71-85-49 факс (0732) 77-92-12