Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Распределение загрязнения снегового покрова

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Распределение загрязнения снегового покрова"

На правах рукописи

Сергеев Александр Петрович

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕГОВОГО ПОКРОВА

Специальность 03.00.16 - «Экология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург - 2005

Работа выполнена в Институте промышленной экологии Уральского отделения Российской Академии наук и Международном инстшуте А. Богданова.

Научный руководитель - член-корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук, профессор, Лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники В.Н. Чуканов Научный консультант - доктор физико-математических наук,

с.н.с. Д.Б. Берг

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор А.О. Иванов - доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Г. Талалай Ведущая организация Уральский государственный технический

университет (УГТУ-УПИ)

Защита состоится 29 декабря 2005 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета К 004.014.01 в Инстшуте промышленной экологии УрО РАН по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 20а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института промышленной экологии УрО РАН.

Автореферат разослан 28 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук J'fi^ А.Н. Медведев

2258408

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Проблема определения характера и уровней загрязнения территории является одной из наиболее актуальных проблем в экологии, так как её решение является основой для оценки и прогнозирования состояния и изменения компонентов окружающей среды и здоровья населения.

Существующие модельные подходы достаточно хорошо разработаны для оценки распределения выпадения твёрдых аэрозолей и мало пригодны для растворимых веществ и жидких аэрозолей, образующихся в результате гидратации и абсорбции молекул окислов серы, азота и углерода.

Основным экспериментальным методом исследования характера загрязнения территории является отбор проб почвы на местности с последующим их физико-химическим анализом на наличие загрязняющих веществ. Этот метод даёт интегральные значения загрязняющих веществ за весь период генезиса почвенного слоя, но не позволяет выделить вклад текущего загрязнения, необходимого для оценки экологических последствий хозяйственной деятельности.

Наиболее корректным и эффективным способом оценки текущего загрязнения территории является снеговая съёмка, несущая информацию о количестве и составе загрязняющих веществ, выпавших за время залегания снегового покрова. Снеговой покров, как естественный планшет-накопитель, дает действительную величину сухих и влажных выпадений в холодный период. Содержание загрязняющих веществ в снеговом покрове является индикатором степени загрязненности атмосферного воздуха в течение холодного периода года.

Снеговая съемка включает в себя построение схемы отбора проб и выбор измеряемых показателей загрязнения (концентрация, поверхностная плотность, средняя (за период) интенсивность выпадения). Количество проб снега и схема их расположения с точки зрения представительности результатов проводимого

исследования непосредственно связаны с поверхностным распределением значений измеряемого показателя.

Наличие априорной информации о возможных трендах, «пятнах» и других особенностях результатов распространения загрязняющих веществ позволяет построить достаточно эффективную схему расположения мест отбора проб и оптимизировать их количество. Однако в большинстве случаев такая информация отсутствует и на первый план выступает вопрос о распределении вероятностей значений измеряемого параметра. Традиционно предполагается, что распределение является нормальным. Однако имеется достаточно работ, в которых обнаружено, что распределение вероятностей значений концентрации химического вещества, в частности, в почве, отличается от нормального распределения. Для эффективного использования метода снеговой съёмки актуальным является обоснование применимости подхода, основанного на нормальном распределении.

Цель работы

Получение зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега. Проверка применимости нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать методику проведения снеговой съемки и расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от заданной доверительной вероятности и площади отбора проб снега;

- по разработанной методике провести снеговые съемки и по результатам физико-химического анализа отобранных проб снега рассчитать зависимости границ доверительного интервала доя поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб;

-определить применимость нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения;

- разработать программный комплекс для имитационного моделирования процессов поверхностного распределения загрязнений.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИПЭ УрО РАН в рамках темы «Поверхностное распределение загрязняющих веществ» (государственный регистрационный №0120.0 411165).

Научная новизна работы

Разработана методика проведения снеговой съемки и непараметрического расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от заданной доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

По разработанной методике проведены снеговые съемки с подробностью близкой к максимально возможной. По результатам физико-химического анализа отобранных проб рассчитаны зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

Доказана неприменимость в общем случае нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

Разработан симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений, реализованный в вычислительной среде клеточных автоматов.

Практическая ценность работы

Данные о распределении поверхностных загрязнений, полученные в настоящей работе, были использованы при проведении снеговых съемок территорий промышленных центров и городов (Свердловская область: Екатеринбург, Новоуральск; Челябинская область: Карабаш), территорий вокруг эпицентров подземных ядерных взрывов (ХМАО: «Ангара», «Кимберлит», «Кратон»), территорий, прилегающих к местам добычи полезных

ископаемых (Свердловская область: Сафьяновское месторождение, ХМАО: Пунгинская СПХГ).

Полученные в настоящей работе зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора, могут быть использованы в руководящих документах и методических рекомендациях по мониторингу снегового покрова.

Разработанная с участием автора программа для ПЭВМ «Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений» (свидетельство Роспатента №2005613016 от 21.11.2005) предназначена для моделирования процесса массопереноса загрязнений и в сочетании с результатами снеговых съемок может быть использована для выявления приоритетных факторов, определяющих характер распределения поверхностного загрязнения на исследуемой территории.

Основные положения, выносимые на защиту

1 Методика проведения снеговой съемки и непараметрического расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от заданной доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

2 Вывод о неприменимости в общем случае нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

3 Имитационная модель процессов поверхностного распределения загрязнений, реализованная в вычислительной среде клеточных автоматов.

Апробация работы

Результаты исследований были представлены и обсуждены на 5-ой Межрегиональной научно-практической конференции, «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (г. Кирово-Чепецк, 1998 г.), 7-ой научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (г. Киров, 2002 г.), Всероссийской научной конференции «Природные ресурсы северных территорий: проблемы оценки,

использования и воспроизводства» (Архангельск, 2002), X и XI международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2002, 2005), региональной научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г.Екатеринбург, 2003), областной научно-практической конференции, посвященной 85-летию ГОУ ВПО УГТУ-УПИ «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, 2005 г.).

Структура и объем работы

Настоящая работа (128 страниц, 24 рисунка, 8 таблиц) включает в себя введение, три главы, заключение, список литературы (88 наименований) и два приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ведение

Во введении представлена актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

Глава первая

В первой главе приведен краткий обзор существующих подходов к мониторингу загрязнения окружающей среды. Приводятся особенности и преимущества снеговой съемки. Обсуждается проблема неоднородности поверхностного распределения загрязнения. Сделан вывод о необходимости экспериментальной проверки применимости нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

Одним из традиционных методов экологического мониторинга территории является оценка поверхностного распределения загрязнения по данным отбора

проб почвы на местности. Значение концентрации загрязняющих веществ в почве отражает суммарное загрязнение территории за длительный период, и не позволяет выделить вклад действующих загрязнителей среди общего числа загрязнителей, в частности, среди тех, действие которых уже прекратилось. Кроме того, наличие процессов вторичного массопереноса усиливает неопределенность. По этой причине, например, эффективность природоохранных мероприятий оценить весьма затруднительно. Для решения этой проблемы обычно прибегают к многолетнему мониторингу, что не эффективно как с научной, так и с экономической точки зрения.

Проблема может быть решена путем исследования загрязненности снегового покрова. Проведение такого исследования позволяет оценить средние интенсивности выпадения загрязняющих веществ в течение зимнего сезона. Для этого на исследуемой территории проводится снеговая съемка, которая заключается в отборе проб снега, как правило, методом «конверта». Метод «конверта» подразумевает механическое усреднение по пяти кернам, отбираемым в центре и по углам квадрата, предварительно намеченного на местности. Отобранные пробы снега анализируются на содержание загрязняющих веществ. Для интерпретации полученных результатов анализов, последние, после соответствующей интерполяции, наносятся на карту исследуемой территории в виде изолиний значений средней интенсивности выпадения. При этом неявно предполагается, что содержание загрязняющих веществ в пробе снега достоверно отражает их среднее содержание по площади «конверта», приходящегося на эту пробу. Дальнейшая статистическая обработка результатов выполняется, как правило, в предположении нормального распределения.

Накопленные за последние десятилетия научные данные по распределению химических веществ в почве показали, что распределение вероятностей значений концентрации не всегда соответствует нормальному. Часто встречаются логнормальное распределение и распределение Зипфа. В свете этих данных становится важным проверить распределение вероятностей

значений загрязненности проб снега на соответствие нормальному распределению и определить необходимое количество кернов, усреднение по которым позволит охарактеризовать загрязнение на всей площади «конверта».

В настоящей работе для проверки статистической гипотезы нормального распределения использованы критерии Колмогорова-Смирнова, Лиллиефорса, Шапиро-Уилка.

Глава вторая

Во второй главе приводится разработанная в ходе представленного исследования методика проведения снеговой съемки и непараметрического расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

В случае обычной площадной или маршрутной снеговой съемки, когда необходимо оценить среднюю загрязненность снега на некоторой площади или маршруте, увеличение количества кернов в пробе должно (в среднем) приводить к увеличению точности оценки. При этом, однако, мы теряем часть информации о возможной зависимости поверхностного загрязнения от координат. В случае если нас интересует именно возможная зависимость поверхностного загрязнения от координат, необходимо увеличить количество проб и уменьшить их площадь. Минимальное расстояние между соседними кернами, которые можно отобрать без разрушения вертикальной стенки снегового покрова между ними, определяло в настоящей работе предельное количество проб приходящихся на единицу площади. Это расстояние определено опытным путем и составило 150 - 200 мм между центрами кернов. Таким образом, минимальная толщина вертикальной стенки снегового покрова между соседними кернами составила примерно 65-115 мм. Разработанная методика предусматривает отбор проб снега с минимальным шагом, обеспечивающим устойчивость стенки снегового покрова. Каждая рядовая проба состояла из единственного керна.

Места для проведения снеговых съемок выбраны в основном на открытых, горизонтальных и визуально ровных местах, вдали от препятствий, создающих ветровую тень и имеющих предположительно равномерное поверхностное распределение загрязнителей в снеге. Определялось направление на географический север для ориентирования и разметки будущей площадки и/или профиля, которое наносилось в виде линии на поверхность снегового покрова.

Для разметки площадок использовались специально изготовленные прямоугольные рамки из деревянного бруса. Размер рамки соответствовал размеру площадки. На каждой стороне рамки были нанесены деления, необходимые для разметки площадки. Рамка собиралась в стороне от площадки снеговой съемки. Затем, используя меридиональный ориентир, рамка укладывалась на снег. После этого разметочной рейкой наносились линии на поверхность снегового покрова в соответствии с делениями рамки. На этом разметка площадки заканчивалась. Если по плану снеговой съемки предполагалось измерять высоты грунта, то в нескольких метрах от края рамки устанавливался нивелир. Отбор кернов снега обычно начинался с верхнего левого угла рамки и заканчивался правым нижним. Труба пробоотборника врезалась в толщу снегового покрова в середине каждого квадрата размеченной сетки. Разработанная в настоящем исследовании методика снеговой съемки на площадке поясняется двумя рисунками. На рисунке 1 приведен вид сбоку. На рисунке 4 приведен вид сверху вместе с результатами физико-химического анализа проб снега.

Разметка профилей производилась при помощи мерной ленты, которая укладывалась на поверхность снегового покрова, натягивалась и закреплялась. Пробы отбирались вдоль мерной ленты с определенным шагом, отсчитываемым по ее делениям.

Для обеспечения максимального однообразия в формировании возможной погрешности отбор проб снега проводился всегда одним оператором и одинаковым способом.

Уплотнитель

пробоотборника ---►

Труба пробоотборника

Поршень уплотнителя

Снеговой „. покров

'гИЧГ,.," ■ ■ -'/////

Разметочная рамка

Нивелир

ЕЗ

■Г}-. - *

7

тъ.

Рис. 1 - Схема отбора проб снега.

Разметочная рамка позволяет точно позиционировать положение трубы пробоотборника. Керн уплотняется с целью предотвращения выпадения снега из трубы при ее вынимании (закрывание нижней части трубы рукой оператора неприемлемо, так как нарушает снеговой покров вокруг). Для того, чтобы избежать попадания грунта в пробу, керн и труба после вынимания из снегового покрова в нижней части тщательно очищаются.

Полученные в результате снеговой съемки пробы снега анализировались на содержание пыли как наиболее точно определяемой примеси. Кроме того, для каждой пробы определялись водородный показатель (рН) и объем талой воды. Анализ проб снега на содержание пыли проводился в химической лаборатории ИПЭ УрО РАН гравиметрическим методом по сухому осадку на фильтре в соответствии с РД 52.04.186-89.

Расчет средней интенсивности выпадения и проводился по формуле: и = ш/(я Т), где я - площадь пробы, т -масса сухого осадка на фильтре, Т -время от даты установления устойчивого снегового покрова до даты отбора пробы. Расчет усредненной по площади средней интенсивности выпадения проводился по формуле: и = Хт/^-Т).

Соответствие распределения вероятностей значений средней интенсивности выпадения нормальному определялось по критериям Колмогорова - Смирнова, Лиллиефорса, Шапиро - Уилка в пакете ЗТАПБТЮА.

Непараметрический расчет проводился для определения площади исследуемой территории, с которой необходимо отобрать снеговой покров, чтобы с заданными значениями границ доверительного интервала и доверительной вероятностью определить среднее загрязнение. Итоговая зависимость связывает относительные значения границ доверительного интервала для средней интенсивности выпадения с доверительной вероятностью и относительной площадью отбора проб снега на исследуемой территории.

Расчет выполнялся по следующей схеме.

1 Построение множества всех различимых сочетаний без повторений (СБП) из множества проб выборки.

2 Расчет для каждого СБП его площади и усредненной по этой площади средней интенсивности выпадения.

3 Построение функции распределения для значений усредненной по площади СБП средней интенсивности выпадения в зависимости от площади СБП.

4 Вычисление квантилей соответствующих заданной доверительной вероятности.

5 Построение зависимости относительных значений границ доверительного интервала для усредненной по площади СБП средней интенсивности выпадения от относительной площади СБП.

Глава третья

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию поверхностного распределения загрязнений на малых площадках и вдоль линейных профилей. Приведены результаты физико-химического анализа проб и непараметрического расчета доверительного интервала. В конце главы приводится модельный расчет поверхностного распределения загрязнений.

Снеговые съемки, представленные в настоящей работе, проводились вблизи действующих карьеров здесь и далее условно называемыми Каменный карьер и Сафьяновский карьер. Каменный карьер (добыча строительного камня) расположен на северо-восточной окраине города Екатеринбурга примерно в 1 км на юго-восток от поселка Изоплит (рис. 2). Сафьяновский карьер (добьгча медной руды) расположен на территории Свердловской области примерно в 5 км на восток от города Реж.

В настоящей работе представлены результаты пяти снеговых съемок, перечень и краткие характеристики которых приведены в таблице 1. Всего было отобрано 983 керна, из которых было подготовлено и проанализировано 949 проб. Из проб были сформированы 6 основных и 3 вспомогательные выборки. Перечень и краткие характеристики выборок приведены в таблице 2.

На рисунках 3 и 4 видно, что поверхностное распределение пыли носит контрастный характер. Гистограммы распределений для профиля (рис. 3) и для площадки (рис. 4) приведены на рисунке 5.

Результаты проверки соответствия распределения вероятностей нормальному приведены в таблице 3. Ни одно из распределений не соответствует нормальному сразу по трем критериям. По двум критериям соответствие обнаружено для двух распределений. По одному критерию соответствие обнаружено для одного распределения. Три распределения не соответствуют по трем критериям. Критерий Шапиро - Уилка является определяющим, поэтому можно считать, что только одно из шести исследуемых распределений может считаться нормальным. Таким образом, экспериментально доказано, что распределение вероятностей значений средней

интенсивности выпадения загрязняющих веществ на малых площадках и профилях в общем случае не может считаться нормальным.

На рисунке 6 приведена зависимость относительных значений границ доверительного интервала при доверительной вероятности 95% от относительной площади отбора проб снега.

Для моделирования процессов поверхностного распределения загрязнений на базе универсальной лаборатории клеточных автоматов РуСА1аЬ был разработан специализированный программный комплекс «Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений». Используемая им модель имитирует три основных процесса: выброс загрязнителя из источника (эмиссия); массоперенос загрязнителя; осаждение загрязнителя на подстилающую поверхность. Каждый из них описывается соответствующим типом правил клеточных автоматов. Для сравнения с экспериментальными результатами был проведен расчет поверхностного распределения загрязнения, образующегося в результате только случайных процессов. Для анализа были выбраны линейные профили вдоль источника, что позволило избежать влияния тренда и других возможных факторов на форму распределения. На рисунке 7 приведены положения и гистограммы двух профилей. Профиль 1 расположен вплотную к источнику, профиль 2 значительно удален от него. Положение промежуточных профилей не показано. Оказалось, что распределение вероятностей значений концентраций на профиле 1 соответствует нормальному распределению, а на профиле 2 - нет. Таким образом, результаты расчетов показывают, что распределение вероятностей значений концентрации загрязняющего вещества, даже если оно формируется исключительно случайными процессами, не на всей поверхности выпадения соответствует нормальному. Это подтверждает вывод о неприменимости в общем случае нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения, сделанный на основании анализа экспериментальных данных, полученных в настоящей работе.

Рис. 2 - Карта-схема расположения мест снеговых съемок вблизи Каменного карьера.

Таблица 1

Перечень и краткие характеристики снеговых съемок

Снеговая съемка Суммарное количество отобранных кернов Суммарное количество полученных проб Количество кернов вошедших в контрольные пробы Количество кернов вошедших в рядовые пробы Количество рядовых проб Количество контрольных проб

Условное обозначение Дата Условное наименование места проведения

Snow020207 07.02.2002 Каменный карьер 121 100 40 81 81 19

Snow020213 13.02.2002 Каменный карьер 137 130 16 121 121 9

Snow020228 28 02 2002 Сафьяновский карьер 213 207 15 198 198 9

Snow030227 27 02 2003 Сафьяновский карьер 256 256 0 256 256 0

Snow030306 06 03.2003 Каменный карьер 256 256 0 256 256 0

Таблица 2

Перечень и краткие характеристики выборок

Условное обозначение выборки Описание Статус выборки Объем выборки

5ПО\У02020718С081 Каменный карьер Пробы (по 1 керну) внутреннего квадрата Основная 081

5по\у020207СР50 19 Каменный карьер. Пробы, полученные из 40 перемешанных кернов контрольного периметра Вспомогательная 019

5по«г02021ЗШС121 Каменный карьер. Пробы (по 1 керну) внутреннего квадрата Основная 121

БПО\У0202 1ЗСР8009 Каменный карьер. Пробы, полученные из 16 перемешанных кернов контрольного периметра Вспомогательная 009

5ПО\У02022818С 121 Сафьяновский карьер. Пробы (по 1 керну) внутреннего квадрата Основная 121

5ПОУУ0202285РС088 Сафьяновский карьер. Пробы (по 1 керну) профиля Основная 088

5ПО\У020228СР8009 Сафьяновский карьер. Пробы, полученные из 15 перемешанных кернов контрольного периметра Вспомогательная 009

ЗПО\У030227ЫРС256 Сафьяновский карьер. Пробы (по 1 керну) профиля Основная 256

5поте03030615С256 Каменный карьер. Пробы (по 1 керну) внутреннего квадрата Основная 256

8п<т03022ТОРС256

Рис.3 северу от тренд.

- Средняя интенсивность Сафьяновского карьера.

выпадения пыли (мг/к^сут) по профилю к На графике виден сильно зашумленный

8почИ)3030618С256

£ о о о о о о • • • т о о о о о О

«4 а V и О о о о о о О • • • © о о о о о

> о о о © О О о о о О о • о о о О

см О о О О о о о о о о о о о о о о

СМ <ч о о о О о о о о о о о о о о о о

см* о о о о # о о о о о о о о о о о

ОО о о о о о о о © о о о о о о о о

-о о о о о о о О о О о о о о о о о

о о О о О о о о о о о О о о о о

гч о о о о о О о о о О о о о о о О

о о о О о о о о о о © о о о о о

ОО о" О о о о о о о о о о о о о о о о

о о о о о о а о о © о о о о о о

о" о" о о о о о о о о о О о о о о о

сч о" о о о о О © © о © о # о о о о

о" о о о о о • о « о ® » ф © :е о о

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 X (восток), м

Ш1П 88,5 - среднее Ш!

51.2 100,0 150,0 200,0 250,0

Средняя интенсивность выпадения (взвешенные вещества), мг/м2сут

289.9

Рис. 4 - Средняя интенсивность выпадения пыли (мг/м2сут) на площадке к северо-западу от Каменного карьера (рис. 2). Точки отбора проб показаны окружностями. Значения средней интенсивности выпадения показаны градациями серого. Яркость фона соответствует среднему по площадке значению средней интенсивности выпадения.

Snow030306ISC256

50 100 150 200 250 300 Средняя интенсивность выпадения пыли, мг/Аут

Рис. 5 - Гистограммы распределения.

- профиль, изображенный на рисунке 3;

- площадка, изображенная на рисунке 4.

Таблица 3

Соответствие исследуемых выборок нормальному распределению

Условное обозначение выборки Гипотеза нормальности распределения на уровне значимости 0,05 по критерию

Колмогорова-Смирнова Лиллиефорса Шапиро-Уилка

8ПО\У02020718С081 Принимается Отклоняется Принимается

8ПО*У0202131вС 121 Принимается Принимается Отклоняется

8шж02022818С121 Принимается Отклоняется Отклоняется

8пои<0202288РС088 Отклоняется Отклоняется Отклоняется

8ПОЧУ030227ЫРС256 Отклоняется Отклоняется Отклоняется

8поиг03030618С256 Отклоняется Отклоняется Отклоняется

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00

-0,05

-0,10

-0,15

-0,20

Сафьяновскйй карьер '

Р = 95 %

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Площадь, отн. ед.

0,8 0,9

Рис. 6 - Зависимости относительных значений границ доверительных интервалов для средней интенсивности выпадения от относительной площади отбора проб снега при доверительной вероятности 95%.

Гипотеза нормальности распределения на уровне значимости 0,05 по

_критерию_

_Колмогорова - Смирнова

Принимается

Отклоняется

Лиллиефорса

Отклоняется

Отклоняется

Шапиро - Уилка

Принимается

Отклоняется

Рис. 7 - Результат модельного расчета поля поверхностных загрязнений. Расчетное поле-300x50 ячеек. Источник-линейный, постоянной мощности. Механизм массопереноса - диффузия. Вероятность выпадения-0,1. В верхней части рисунка представлен фрагмент поля концентрации загрязнителя в градациях серого (растянуто по горизонтали). Стрелки указывают положение двух профилей, для которых приведены распределения. В средней части рисунка представлены гистограммы распределений значений концентрации для профилей непосредственно вблизи источника (1) и вдали от него (2). В нижней части рисунка приведена таблица результатов проверки гипотезы нормальности распределения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

- Разработана методика проведения снеговой съемки и непараметрического расчета зависимости границ доверительного интервала для средней интенсивности выпадения загрязняющих веществ от доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

- По разработанной методике проведено пять снеговых съемок с подробностью близкой к максимально возможной. По результатам физико-химического анализа отобранных проб рассчитаны зависимости границ доверительных интервалов для средней интенсивности выпадения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

- Показано, что распределение вероятностей значений средней интенсивности выпадения загрязняющих веществ не соответствует нормальному хотя бы по одному из трех критериев.

-Разработаны правила распространения загрязнений для имитационной модели и проведен расчет полей загрязнений. Правила распространения загрязнений группируются в три основных класса: условия выброса из источника (эмиссия), механизм массопереноса, механизм выпадения загрязнения на подстилающую поверхность. Расчет поверхностного распределения загрязнения проводился на решетке для линейного источника постоянной мощности и диффузионном механизме массопереноса загрязнения. Оказалось, что распределение вероятностей значений концентрации загрязняющего вещества вокруг источника, даже если оно формируется исключительно случайными процессами, не на всей площади выпадения соответствует нормальному распределению.

- Разработан программный комплекс «Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений», зарегистрированный в Роспатенте. Комплекс реализован на базе универсальной лаборатории клеточных автоматов РуСА1аЬ.

МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Сергеев А.П., Чуканов В.Н. Особенности горизонтального распределения загрязняющих веществ в снеговом покрове / Сб.: «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (Материалы 7-ой научно-практической конференции, г. Киров, 14-16 августа 2002 г.) - Киров, 2002. - С. 96.

2. Сергеев А.П., Буевич А.Г. Снегомерная съемка на малой площадке / Техногенез и экология: Информационно-тематический сборник /Редкол.: А. Г. Талалай (ответств. ред.) и др. - Екатеринбург: Уральская государственная горно-геологическая академия, 2002. - С. 73-80.

3. Сергеев А.П., Веревочников A.B., Шершнев В.Н. Исследование представительности данных снегомерной съемки на основе анализа содержания пыли, накопленной в снеге, на примере малой площадки / Рукопись деп. в ВИНИТИ 10.12.02. № 2148-В2002. -11 с.

4. Сергеев А.П., Веревочников A.B., Чуканов В.Н. К вопросу о представительности данных снегомерной съемки / Природные ресурсы северных территорий: проблемы оценки, использования и воспроизводства. Материалы Всероссийской научной конференции. Архангельский филиал Института экономики УрО РАН. - Архангельск, 2002. - С. 241-242.

5. Сергеев А.П., Чуканов В.Н., Шершнев В.Н., Веревочников A.B. Исследование горизонтального распределения пыли в снеговом покрове / Тез. докл. X Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный - 2002» - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - С. 174-175.

6. Сергеев А.П., Чуканов В.Н. Неоднородность распределения пыли в пробах снега на малых площадках / Сб. «Экологические проблемы промышленных регионов - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С. 179-180.

7. Сергеев А.П., Чуканов В.Н. Горизонтальное распределение накопленной в снеге пыли от действующих карьеров на примере трех малых площадок и

\i25~Q23

2006-4 28980

линейного профиля / Урал. Радиация. Реабилитация. Екатеринбург: УрО РАН, 2004.-С. 339-351.

8. Чуканов В.Н., Гопко В.Ф., Дерягина С.Е., Астафьева О.В., Сергеев А.П. Опыт обоснования статуса промышленных центров как зон чрезвычайной экологической ситуации / Сб. «Окружающая Среда и здоровье». -Магнитогорск: МГТУ, 1998. - С. 49.

9. Чуканов В.Н., Гопко В.Ф., Дерягина С.Е., Астафьева О.В., Сергеев А.П. Методика комплексной оценки экологического состояния территории / Материалы 5-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования». - Кирово-Чепецк, 1998.-С. 118-119.

10. Медведев А.Н., Сергеев А.П. Оценка степени техногенного загрязнения атмосферы промышленного города по данным снего-геохимических исследований / Тез. докл. XI Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный» - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - С. 282-284.

11. Медведева М.А., Сергеев А.П., Беклемишев К.А., Берг Д.Б. Имитационное моделирование пространственного распределения поверхностных загрязнений / Труды НПК «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании», Екатеринбург, 2005 г. - С. 65-69.

12. Сергеев А.П., Берг Д.Б. Проблема прогнозирования экстремальных значений концентрации загрязняющих веществ в снеговом покрове с использованием негауссовых моделей / Труды НПК «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании», Екатеринбург, 2005 г. - С. 82-87.

13. Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений. Свидетельство на программу для ЭВМ №2005613016, 2005. Авторы: К.А. Беклемишев, М.А. Медведева, А.П. Сергеев, Д.Б. Берг.

Подписано в печать Формат 60x84 1/16 Бумага писчая

Плоская печать Тираж 100 Заказ № 488

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Сергеев, Александр Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ.

1.1. Количественная оценка загрязнения территории.

1.2. Методики геохимических исследований.

1.3. Оценка загрязнения атмосферы по данным снеговой съемки.

1.4. Распределение веществ в поверхностном слое литосферы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Распределение загрязнения снегового покрова"

Актуальность работы.

Проблема определения характера и уровней загрязнения территории является одной из наиболее актуальных проблем в экологии, так как её решение является основой для оценки и прогнозирования состояния и изменения компонентов окружающей среды и здоровья населения.

Существующие модельные подходы достаточно хорошо разработаны для оценки распределения выпадения твёрдых аэрозолей и мало пригодны для растворимых веществ и жидких аэрозолей, образующихся в результате гидратации и абсорбции молекул окислов серы, азота и углерода.

Основным экспериментальным методом исследования характера загрязнения территории является отбор проб почвы на местности с последующим их физико-химическим анализом на наличие загрязняющих веществ. Этот метод даёт интегральные значения загрязняющих веществ за весь период генезиса почвенного слоя, но не позволяет выделить вклад текущего загрязнения, необходимого для оценки экологических последствий хозяйственной деятельности.

Наиболее корректным и эффективным способом оценки текущего загрязнения территории является снеговая съёмка, несущая информацию о количестве и составе загрязняющих веществ, выпавших за время залегания снегового покрова. Снеговой покров, как естественный планшет-накопитель, дает действительную величину сухих и влажных выпадений в холодный период. Содержание загрязняющих веществ в снеговом покрове является индикатором степени загрязненности атмосферного воздуха в течение холодного периода года.

Снеговая съемка включает в себя построение схемы отбора проб и выбор измеряемых показателей загрязнения (концентрация, поверхностная плотность, средняя (за период) интенсивность выпадения). Количество проб снега и схема их расположения с точки зрения представительности результатов проводимого исследования непосредственно связаны с поверхностным распределением значений измеряемого показателя.

Наличие априорной информации о возможных трендах, «пятнах» и других особенностях результатов распространения загрязняющих веществ позволяет построить достаточно эффективную схему расположения мест отбора проб и оптимизировать их количество. Однако в большинстве случаев такая информация отсутствует и на первый план выступает вопрос о распределении вероятностей значений измеряемого параметра. Традиционно предполагается, что распределение является нормальным. Однако имеется достаточно работ, в которых обнаружено, что распределение вероятностей значений концентрации химического вещества, в частности, в почве, отличается от нормального распределения. Для эффективного использования метода снеговой съёмки актуальным является обоснование применимости подхода, основанного на нормальном распределении.

Цель работы.

Получение зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега. Проверка применимости нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать методику проведения снеговой съемки и расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от заданной доверительной вероятности и площади отбора проб снега;

- по разработанной методике провести снеговые съемки и по результатам физико-химического анализа отобранных проб снега рассчитать зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб;

- определить применимость нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения;

- разработать программный комплекс для имитационного моделирования процессов поверхностного распределения загрязнений.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИПЭ УрО РАН в рамках темы «Поверхностное распределение загрязняющих веществ» (государственный регистрационный № 0120.0 411165).

Научная новизна работы.

Разработана методика проведения снеговой съемки и непараметрического расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от заданной доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

По разработанной методике проведены снеговые съемки с подробностью близкой к максимально возможной. По результатам физико-химического анализа отобранных проб рассчитаны зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

Доказана неприменимость в общем случае нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

Разработан симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений, реализованный в вычислительной среде клеточных автоматов.

Практическая ценность работы.

Данные о распределении поверхностных загрязнений, полученные в настоящей работе, были использованы при проведении снеговых съемок территорий промышленных центров и городов (Свердловская область: Екатеринбург, Новоуральск; Челябинская область: Карабаш), территорий вокруг эпицентров подземных ядерных взрывов (ХМАО: «Ангара», «Кимберлит», «Кратон»), территорий, прилегающих к местам добычи полезных ископаемых (Свердловская область: Сафьяновское месторождение, ХМАО: Пунгинская СПХГ).

Полученные в настоящей работе зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от доверительной вероятности и площади отбора, могут быть использованы в руководящих документах и методических рекомендациях по мониторингу снегового покрова.

Разработанная с участием автора программа для ПЭВМ «Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений» (свидетельство Роспатента №2005613016 от 21.11.2005) предназначена для моделирования процесса массопереноса загрязнений и в сочетании с результатами снеговых съемок может быть использована для выявления приоритетных факторов, определяющих характер распределения поверхностного загрязнения на исследуемой территории.

Основные положения, выносимые на защиту.

1) Методика проведения снеговой съемки и непараметрического расчета зависимости границ доверительного интервала для поверхностного загрязнения от заданной доверительной вероятности и площади отбора проб снега.

2) Вывод о неприменимости в общем случае нормального распределения для описания распределения вероятностей значений поверхностного загрязнения.

3) Имитационная модель процессов поверхностного распределения загрязнений, реализованная в вычислительной среде клеточных автоматов.

Апробация работы.

Результаты исследований были представлены и обсуждены на 5-ой Межрегиональной научно-практической конференции, «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (г. Кирово-Чепецк, 1998 г.), 7-ой научно-практической конференции «Региональные и муниципальные проблемы природопользования» (г. Киров, 2002 г.), Всероссийской научной конференции «Природные ресурсы северных территорий: проблемы оценки, использования и воспроизводства» (Архангельск, 2002), X и XI международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2002, 2005), региональной научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г.Екатеринбург, 2003), областной научно-практической конференции, посвященной 85-летию ГОУ ВПО УГТУ-УПИ «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, 2005 г.).

Структура и объем работы.

Настоящая работа (128 страниц, 24 рисунка, 8 таблиц) включает в себя введение, три главы, заключение, список литературы (88 наименований) и два приложения.

В первой главе представлены краткие описания существующих подходов к мониторингу загрязнения окружающей среды. Приводятся особенности и преимущества снеговой съемки. Обсуждается проблема неоднородности поверхностного распределения загрязнения.

Во второй главе представлены описания методик проведения снеговой съемки, лабораторного анализа, обработки результатов.

В третьей главе представлены результаты проведения снеговых съемок, лабораторного анализа, обработки результатов и модельного расчета поверхностного распределения загрязнений, а также их обсуждение.

В заключении представлены основные результаты и выводы.

В первом приложении представлены первичные экспериментальные данные, полученные в результате проведения снеговых съемок и лабораторных анализов.

Во втором приложении представлена копия Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ №2005613016 от 17.11.2005 «Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений» в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Сергеев, Александр Петрович

3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Снеговая съемка

3.1.1. Полевые работы и лабораторный анализ

Снеговые съемки, представленные в настоящей работе, проводились вблизи действующих карьеров (здесь и далее условно называемыми Каменный карьер и Сафьяновский карьер). Обзорная схема расположения карьеров представлена на рис. 4.

Каменный карьер

Схема района расположения карьера и мест снеговых съемок представлена на рис. 5. Карьер расположен на северо-восточной окраине города Екатеринбурга примерно в 1 км на юго-восток от жилого поселка Изоплит. На карьере добывается строительный камень. На территории промышленной площадки карьера пыление в основном происходит при следующих технологических операциях:

- взрывные работы в карьере,

- погрузочно-разгрузочные работы,

- перевозка породы,

- дробление породы,

- разделение породы на фракции.

Сафьяновский карьер

Схема района расположения карьера и мест снеговых съемок представлена на рис. 6. Карьер расположен на территории Свердловской области примерно в 10 км на восток от города Реж. На карьере добывается медная руда. Сафьяновское месторождение в административном отношении находится на границе Режевского и Артемовского районов. По характеру рельефа район месторождения относится к холмисто-волнистой возвышенной равнине Зауралья. Колебания отметок земной поверхности незначительны - от (220 - 230) м на вершинах холмов до (170 - 180) м в долинах рек и ручьев. Здесь получили преимущественное распространение дерево-подзолистые, по механическому составу глинистые и тяжелосуглинистые почвы. Территория покрыта растительностью, характерной для лесной зоны. Преобладают среднетаежные сосновые, лиственнично-сосновые и травяные сосновые леса (местами в сочетании со сфагновыми болотами). Рассматриваемый район находится под факелом выбросов Режевского никелевого завода, являющегося предприятием первого класса опасности. Другие источники загрязнения, оказывающие существенное воздействие на природную среду района отсутствуют. На территории промышленной площадки карьера пыление в основном происходит при следующих технологических операциях:

- взрывные работы в карьере,

- погрузочно-разгрузочные работы,

- перевозка породы,

- пыление с отвалов.

В настоящей работе представлены результаты пяти снеговых съемок, проведенных в разные годы на четырех площадках и двух профилях различных размеров, и включающих в себя разное количество проб [41,42,43,44,45,46,47]. Места для проведения снеговых съемок выбраны в основном на открытых, горизонтальных и визуально ровных поверхностях, вдали от препятствий, создающих ветровую тень, и имеющих предположительно равномерное поверхностное распределение загрязнителей в снеге. В представленных снеговых съемках всего было отобрано 983 керна снега. Из них подготовлено и проанализировано 949 проб. Полученные данные сгруппированы в 6 основных и 3 вспомогательные выборки. Перечень и краткие характеристики снеговых съемок приведены в таблице 2. Перечень и краткие характеристики выборок приведены в таблице 3. В качестве примера на рис. 7 приведен снимок местности после проведения снеговой съемки.

Рис. 4 - Обзорная схема расположения карьеров.

Рис. 5 - Схема расположения мест проведения снеговых съемок (отмечены окружностями) вблизи Каменного карьера.

Л ! now020207 nowO3O310 ЩЩ

Карьер

BESdBk

Рис. 6 - Схема расположения мест проведения снеговых съемок (отмечены окружностями) вблизи Сафьяновского карьера.

Рис. 7 - Обзорный снимок местности на следующий день (28.02.2003) после проведения снеговой съемки Snow030227. Снимок сделан с высоты отвала (~ 50 м). Профиль снеговой съемки расположен в западном углу поляны и показан стрелкой. Поляна в плане имеет вид прямоугольника со сторонами около 200x400 м и ограничена с трех сторон лесным массивом. Юго-западная сторона поляны (400 м) граничит со сформированным отвалом, поверхность которого в период становления снегового покрова служит источником загрязнения снега пылью в результате ее сдува. После установления устойчивого снегового покрова пыление с этого отвала практически прекращается. Западнее поляны находится действующий отвал, на котором производится отсыпка пустой породы с высоты около 50 м. Таким образом, основное загрязнение снега пылью в период, когда снеговой покров уже установился, происходит с действующего отвала, расположенного западнее поляны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1) Разработана методика проведения снеговой съемки на малой площадке с максимально возможной плотностью отбора кернов и соответствующая конструкция пробоотборника. Конструкция пробоотборника позволяет взять керн сыпучего снега без нарушения целостности прилегающего снегового покрова. Минимальное расстояние между соседними кернами, которые можно отобрать без разрушения вертикальной стенки снегового покрова между ними, определено опытным путем и составило 150-200 мм между центрами кернов (минимальная толщина вертикальной стенки снегового покрова между соседними кернами составила примерно 65 - 115 мм). Данная методика позволяет отбирать с плотностью 1 керн на 0,0225 м (~ 44 керна на 1 м2).

2) Описана методика физико-химического анализа проб снега. Предложено использовать пыль в качестве индикатора величины техногенной нагрузки на исследуемой территории. Для физико-химического анализа пыль является наиболее точно определяемой примесью. Для каждой пробы дополнительно определяется водородный показатель (рН) и объем талой воды. Анализ проб снега на содержание пыли проводится гравиметрическим методом по сухому осадку на фильтре в соответствии с РД 52.04. 186-89.

3) Разработана программно реализованная методика непараметрического расчета зависимости значений границ доверительного интервала для усредненной по площади выборки средней интенсивности выпадения загрязняющих веществ от доверительной вероятности и площади отбора проб. Непараметрический расчет проводится для определения площади исследуемой территории, с которой необходимо отобрать снеговой покров, чтобы с заданным значением длины доверительного интервала и доверительной вероятностью определить среднее загрязнение территории. Итоговая зависимость связывает относительные значения границ доверительного интервала для средней интенсивности выпадения с доверительной вероятностью и относительной площадью отбора проб.

4) Проведен отбор проб снега с подробностью, близкой к максимально возможной и их физико-химический анализ. Всего было отобрано 983 керна, из которых было подготовлено и проанализировано 949 проб. Из проб были сформированы 6 основных и 3 вспомогательные выборки. Построены поля загрязнений. Обнаружено что поверхностное распределение пыли в снеговом покрове носит неравномерный характер. Различие в значениях средней интенсивности выпадения между кернами может достигать порядка величины. Не обнаружена значимая связь между средней интенсивностью выпадения и толщиной снегового покрова. Установлено, что ни одно из распределений основных выборок не соответствует нормальному сразу по трем критериям. По двум критериям соответствие обнаружено для двух распределений. По одному критерию соответствие обнаружено для одного распределения. Три распределения не соответствуют по трем критериям. Критерий Шапиро - Уилка является определяющим, поэтому можно считать, что только одно из шести исследуемых распределений может считаться нормальным. Таким образом, показано, что распределение вероятностей значений средней интенсивности выпадения загрязняющих веществ на малых площадках и профилях в общем случае не может считаться нормальным. На основании этого сделан вывод о неприменимости использования распределения Гаусса для описания распределений вероятностей значений средней интенсивности выпадения пыли.

5) По результатам физико-химического анализа отобранных проб рассчитаны зависимости значений границ доверительных интервалов для усредненной по площади выборки средней интенсивности выпадения от доверительной вероятности и площади отбора проб снега. Показано, что для ряда исследованных участков необходимо отбирать пробы снегового покрова на значительной доле площади исследуемой территории для обеспечения приемлемой точности в оценке среднего загрязнения.

6) Разработаны правила распространения загрязнений для имитационной модели и проведен расчет полей загрязнений при диффузионном механизме массопереноса примеси. Правила распространения загрязнений группируются в три основных класса: условия выброса (эмиссия), механизмы массопереноса, механизмы выпадения загрязнения на подстилающую поверхность. Расчет поверхностного распределения загрязнения проводился на решетке для линейного источника постоянной мощности и диффузионном механизме массопереноса загрязнения. Оказалось, что распределение вероятностей значений поверхностной плотности загрязняющего вещества вокруг источника, даже если оно формируется исключительно случайными процессами, не на всей площади выпадения соответствует нормальному распределению.

7) Разработан программный комплекс «Симулятор распространения поверхностных загрязнений», зарегистрированный в Роспатенте. Комплекс реализован на базе универсальной лаборатории клеточных автоматов PyCalab. Симулятор предназначен для модельных расчетов полей загрязнений в соответствии с используемыми в математической модели механизмами массопереноса и выпадения загрязняющего вещества.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Сергеев, Александр Петрович, Екатеринбург

1. Авесаломова И. А. Ландшафтно-функциональные карты при изучении геохимических аномалий в городе // Вести. Моск. ун-та, сер.5, геогр. N5, 1986.

2. Атмосфера. Справочник. /Под ред. Лапиной О.В., Рейнгеверца О.Д. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.

3. Баас Бекинг А.М., Каплан И.Р., Мур Д. Пределы колебаний рН и окислительно-восстановительных потенциалов в природных средах. В кн.: Геохимия литогенеза. - М., 1963.

4. Бачинский Г.А. Социоэкология: теоретические и прикладные аспекты /АН УССР. Львовское отд. Ин-та экономики; Отв. ред. Э.В. Гирусов. -Киев: Наук, думка, 1991. 152 с.

5. Большаков В.Д. Теория ошибок наблюдений: Учебник для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983. - 223 с.

6. Боровиков В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+CD).-Cn6.: Питер, 2003. 688 е.: ил.

7. Бочков С.О., Субботин Д.М. Язык программирования Си для персонального компьютера. М.: Радио и связь, 1990. - 384 с.

8. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

9. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш.Д., Беликова Т.В., Дликман И.Ф. Атмосферные нагрузки загрязняющих веществ на территории СССР. М.: Московское отделение Гидрометеоиздата, 1991.

10. Васильев Л.Н., Качалин А.Б., Тюфлин А.С. Определение пространственной структуры сельскохозяйственных систем по космическим снимкам./ Космические методы изучения биосферы. М.: Наука, 1990. - С. 98111.

11. Владимиров А.Н., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды.- Л.: Гидрометеоиздат, 1991.

12. Геохимия окружающей среды / Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П.и др. -М.: Недра, 1990.

13. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988.

14. Глобальный биохимический цикл серы и влияние на него деятельности человека / Под. Ред. Г.К. Скрябина. М.: Наука, 1983. - 421 с.

15. ГОСТ Р ИСО 5479-2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002.

16. Дедус Ф.Ф., Махортых С. А., Устинин М.Н., Дедус А.Ф. Обобщенный спектрально-аналитический метод обработки информационных массивов. Задача анализа изображений и распознавания образов. / Под общ. Ред. Ф.Ф. Дедуса. М.: Машиностроение, 1999. - 357 е.: ил.

17. Добровольский В.В. География микроэлементов: глобальное рассеяние. М.: Мысль, 1983.

18. Зеликов В.Д. Почвоведение: учебник для техникумов. М.: Лесная промышленность, 1981.

19. Инженерная геология СССР. Урал, Таймыр и Казахская складчатая страна. М.: Недра, 1990.

20. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике М.: Наука, 1973.

21. Королюк B.C., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 640 с.

22. Кроновер Р. М. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. М.: Постмаркет, 2000. - 352 с.

23. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272 е.: ил.

24. Малышев С.А. Самоучитель VBA. Как это делается в Word, Excel, Access СПб: Наука и Техника, 2001. - 496 е.: ил.

25. Медведева М.А, Беклемишев К.А., Берг Д.Б. Моделирование процессов массопереноса загрязнений методом клеточных автоматов: постановка задачи./ Сб. тр. всероссийского молодежного научного симпозиума «БЕЗОПАСНОСТЬ БИОСФЕРЫ-2005», г. Екатеринбург, 2005.

26. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). JL: Гидрометеоиздат, 1987.

27. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами. М.: Изд. ИМГРЭ, 1982.

28. Михайлов А.Е., Рамм Н.С. Аэрометоды при геологических исследованиях. М.: Недра, 1986.

29. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6. Выпуск 9. Пермская, Свердловская, Челябинская, Курганская области, Башкирская АССР. JL: Гидрометеоиздат, 1990.

30. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1975.

31. Рапута В.Ф., Коковкин В.В. Методы интерпретации данных мониторинга загрязнения снежного покрова. / Химия в интересах устойчивого развития 10, 2002. С. 669-682.

32. Ревич Б.А., Сает Ю.Е. Эколого-геохимическая оценка окружающей среды промышленных городов // Урбоэкология/ Науч. совет по проблемам биосферы. -М.: Наука, 1990.

33. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. М.: Государственный комитет СССР по гидрометеорологии, Министерство здравоохранения СССР, 1991.

34. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. М.: Государственный комитет СССР по гидрометеорологии, Министерство здравоохранения СССР, 1991. - 696 с.

35. Сергеев А.П., Веревочников А.В., Шершнев В.Н. Исследование представительности данных снегомерной съемки на основе анализа содержания пыли, накопленной в снеге, на примере малой площадки / Рукопись деп. в ВИНИТИ 10.12.02. № 2148-В2002. 11 с.

36. Сергеев А.П., Чуканов В.Н. Неоднородность распределения пыли в пробах снега на малых площадках / Сб. «Экологические проблемы промышленных регионов Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С. 179-180.

37. Сергеев А.П., Чуканов В.Н. Горизонтальное распределение накопленной в снеге пыли от действующих карьеров на примере трех малых площадок и линейного профиля / Урал. Радиация. Реабилитация. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. С. 339-351.

38. Симулятор процессов поверхностного распределения загрязнений. Свидетельство на программу для ЭВМ №2005613016, 2005. Авторы: К.А. Беклемишев, М.А. Медведева, А.П. Сергеев, Д.Б. Берг.

39. Современное естествознание и взаимоотношение биосферы и общества: Тезисы научных докладов методологического семинара. «Научные труды ученых МНЭПУ». Вып. 3. Серия: «Материалы конференций». М.: Изд-воМНЭПУ, 1998.-108 с.

40. Справочник по картографии/ A.M. Берлянт, А.В. Гедымин, Ю.Г. Кельнер и др. М.: Недра, 1988. - 428 е.: ил.

41. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.-703 с.

42. Судов Б.А. Эколого-геохимические исследования г.Тбилиси / Эколого-геохимическая оценка городов различных регионов страны. М.: ИМГРЭ, 1991.

43. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.-272с.: ил.

44. Техногенные потоки вещества в ландшафтах и состояние экосистем. -М.: Наука, 1981.

45. Тоффоли Т., Марголус Н. Машины клеточных автоматов. М.: Мир, 1991.-280 с.

46. Трофимов А.М., Гнеденков JI.H., Пудовик Е.М. Имитационная модель взаимодействия полей атмосферного загрязнения и населения города на основе рел. подхода//Геоситуационный подход в географии. Казань. 1993.С. 36-42.

47. Трушина Т.П. Экологические основы природопользования. Ростов н/Д: Феникс. 2001.-384 с.

48. Фомин Г.С., Фомина О.Н. Воздух. Контроль загрязнений по международным стандартам. Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Протектор, 2002. - 432 е.: ил. 90.

49. Чуканов В.Н., Гопко В.Ф., Дерягина С.Е., Астафьева О.В., Сергеев А.П. Опыт обоснования статуса промышленных центров как зон чрезвычайной экологической ситуации / Сб. «Окружающая Среда и здоровье». -Магнитогорск: МГТУ, 1998. С. 49.

50. Эфрон Б. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа: Сб. статей: Пер. с англ./ Предисловие Ю.П. Адлера, Ю.А. Кошевника. М.: Финансы и статистика, 1988. - 263 е.: ил.

51. Яруллин И.А., Ведерников Н.Н., Гисматуллин P.M., Конюхова Т.П. Эколого-геохимическая оценка г. Казани / Эколого-геохимическая оценка городов различных регионов страны. М.: ИМГРЭ, 1991.

52. Burrough P.A. Multiscale sources of spatial variation in soil. The application of fractal concept to nested levels of soil variation // J. Soil Science, 1983a, vol.34. P. 577-597.

53. Burrough P.A. Multiscale sources of spatial variation in soil. П. A non Brownian fractal model and its application in soil survey // J. Soil Science, 1983b, vol.34. P. 599-620.

54. Burrough P.A., Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Oxford University Press, Oxford, 1986.

55. Burrough P.A. Fractal dimensions of landscapes and other environmental data. Nature, 1981, vol.294. P. 240-242.

56. Burrough P.A. Fractals and Geochemistry / The Fractal Approach to Heterogeneous Chemistry, 1989. P. 387.

57. Burrough P.A., Bull. Inst. Math. Appl., 20 (3/4); 36, 1984.

58. Burrough P.A., and Nash S. (Editor), Science and Uncertainty, IBM UK/Science Reviews, Northwood, 1985. P. 151-170.

59. David M., Developments in Geowatliematics 2, Elsevier, Amsterdam, 1977.

60. Davis J.C., Statistics and Data Analysis in Geology, 2nd ed., Wiley, New York, 1986.

61. Delhomme J.P., Adv. Water Resources, 1, 251, 1978.

62. Frisch U. et al. Lattice-Gas Automata for Navier-Stokes Equation//Phys. Rev. Lett., V. 56, 1986. P. 1505-1508.

63. Gajem Y.M., Warrick A.W. and Myers D.E. Soil Sci. Soc. Am., 45, 709, 1981.

64. Greutz M. Deterministic Ising Dynamics// Annals of Physics, V. 167. 1986. P. 62-76.

65. Journel A. J. and. Huijbregts Ch. J, Mining Geostatistics, Academic Press, New York, 1978.

66. Lam S.-N. Description and Measurement of Landsat TM images Using Fractals //Phot. Eng. and Remote Sensing. 1990. v.56. N2. P. 187-195.

67. Lovejoy S., Schertzer D. and Ladoy R., Nature (London), 319, 43, 1986.

68. Mark D.M. and Aronson P.B., Math. Geol., 16, 671, 1984.

69. McBratney A.B., Webster R., McLaren R.G. and. Spiers R.B, Agronomie, 2, 969, 1982.

70. Matheron G., Adv. Appl. Probab, 5, 439, 1973.

71. Paliwal H.V., Bhatnagar S.N. and Haldar S.K. / Math. Geol., 18, 539, 1986.

72. Rowland N.S. and Sampey D. /. Math. Geol., 9, 383, 1977.

73. Roy A.G., Gravel G. and Gautrver C., in Proceedings of AUTOCARTO-8, Baltimore, Maryland, USA, March 29-April 3, 1987. P. 68-77.

74. Toffoli T. Cellular automata as an alternative to (rather than an approximation of) differential equations in modeling physics/Physica D, V. 10, 1984. -P. 117-127.

75. Webster R., in G. Verly (Editor), Geostatistics for Natural Resources Characterization, Part 2, Reidel, Dordrecht, 1984. P. 903-913.101