Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка информационной системы управления водохозяйственной деятельностью региона

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка информационной системы управления водохозяйственной деятельностью региона"

На правах рукописи

ВЕТРЕНКО Татьяна Григорьевна

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ

РЕГИОНА

11.00.11. — Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород 1998

Работа выполнена в Ивановской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель —

доктор экономических наук, профессор Свечина Нина Николаевна.

Научный консультант —

кандидат технических наук, доцент Алоян Роберт Мишаевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Этин Владимир Львович, кандидат химических наук, доцент Беляева Татьяна Николаевна.

Ведущая организация —

Научно-исследовательский центр «Кристалл» (г. Москва).

Защита диссертации состоится 5 июня 1998 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 064.09.05 в Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, корпус V, аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан « » 1998 г.

БОДРОВ В. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Исследования автора проводились в рамках реализации Федеральных целевых программ «Экологическая безопасность России» (1993-1994г.г.), «Инжинирингсеть России» (1995-1997 гг.), «Возрождение Волги» (1996-1997г.г), Межвузовской научно-технической программы «Сертификация», научно-технической программе «Человек и окружающая среда»( 1993-1995 гг.), региональных программ «Оптимизация использования водных ресурсов малых рек на примере р.Теза Ивановской области и «Региональные проблемы перехода к устойчивому развитию».

В диссертации представлены результаты сбора, обработки и анализа экологической информации, объединенные в единую систему поддержки принятия решений, которая может быть использована при создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГС ЭМ).

Принятая в Рио-де-Жанейро в 1992 г. Концепция перехода общества к «устойчивому развитию» требует перехода от классических двумерных критериев (социально-экономических) в системе управления к трехмерным (эколого-социально-экономическим). При этом экологические ограничения не должны являться тормозом научно-технического развития, а наоборот, должны стимулировать развитие технологии к более комплексному использованию энергии и сырья, повышению эффективности их использования, созданию замкнутых технологических циклов.

В настоящее время наблюдается смещение акцентов от задач контроля и наблюдения к задачам управления качеством экосистем. Управление качеством экосистем требует накопления и гибкости хранения значительных массивов информации (при наличии в их составе современных мощных средств обработки данных и имитационных моделей), позволяющих решать задачи прогноза, имитации аварийных ситуаций и, главное, задачи оценки экологических последствий принимаемых решений. Информационная система управления, отвечающая сегодняшним требованиям, должна включать развитый банк данных, мощный пакет программ статистической обработки, допускающий работу в режиме диалога, и достаточно полную имитационную модель объекта управления.

Актуальность разработки такой системы заключается в обеспечении лиц, принимающих решения (руководителей предприятий, работников плановых органов, исследователей и проектировщиков), текущей и ретроспективной информацией о состоянии объектов, влияющих на окружающую среду, параметрах окружающей среды, состоянии здоровья населения. Система должна

позволять получить данные о ситуации, о схожих ситуациях и прогнозы основных вариантов решений. За счет своевременного обнаружения негативных изменений в состоянии окружающей среды и здоровья человека, предсказания и оценки возможных последствий реализации технических и хозяйственных решений, их оптимизации с точки зрения экологии возможно предотвратить необратимые последствия антропогенного воздействия, которые могут привести к критической ситуации.

В Российской Федерации с 1993 г. создается Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая строится по природно-¡:&сурсному принципу (атмосфера, земля, водные объекты, недра, растительный и животный мир). Идеология и методология организации и функционирования ЕГСЭМ и всех ее базовых природно-ресурсных подсистем основывается на конечной цели создания необходимой и достаточной информационной базы для обеспечения устойчивого развития, благоприятных условий жизни и деятельности населения.

Из всех природных сред самыми уязвимыми являются водные объекта, многие из которых служат источниками водоснабжения. Продолжающееся ухудшение качества водных объектов показывает, что действующая система управления водохозяйственной деятельностью является формальной и не дает положительных результатов, а экономические механизмы водопользования малоэффективны.

Актуальность и значимость развития систем управления водохозяйственной деятельностью (особенно в части ее информационного обеспечения), государственной наблюдательной сети станций и постов на водных объектах и разработки автоматизированных информационных систем по ведению государственного мониторинга водных объектов подтверждается Постановлением Правительства от 14.03.97г. №307 «Об утверждении положения о ведении государственного мониторинга водных объектов».

Цель исследования - разработка информационной системы управления водохозяйственной деятельностью региона.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

— проведен анализ мирового и российского опыта и тенденций в организации управления водным хозяйством региона;

— разработана теоретическая модель взаимодействия экосистемы с критическими факторами, позволяющая прогнозировать последствия такого взаимодействия;

— разработана система наблюдений, позволяющая обнаружить предсказанные моделью эффекты;

— обоснованы практические мероприятия по изменению условий природопользования в бассейне конкретной реки Теза Ивановской области;

— создана графическая и тематическая информация, позволяющая прогнозировать экологическую обстановку, определять лимиты и квоты загрязнителей, моделировать аварийные ситуации региона и создавать водный кадастр;

— создан компьютеризированный системно-технический комплекс для экологического мониторинга водотоков на примере реки Теза;

— разработана программа комплексного развития и управления водного хозяйства в новых экономических условиях на примере бассейна малой реки Теза;

— разработаны методики сертификации систем качества природопользова-телей в соответствии с международными стандартами ИСО серии 9000.

Научная новизна работы

1. Выявлена зависимость степени загрязнения природных сред, в том числе водоемов и водотоков, от архитектурно-планировочной и промышленно-хозяйственной структуры города.

2. Разработана информационная система прогнозирования состояния природного объекта на примере водоемов и водотоков.

3. Выполнено теоретическое обоснование и разработана методика построения имитационных и математических моделей систем водного хозяйства, которая включает как водный объект так и водопользователя.

4. Разработаны стандарты предприятия и Руководство по качеству для Органа по сертификации строительных материалов, изделий и конструкций «Строительство», которые позволяют устанавливать ПДС для водопользователей строительного комплекса.

Практическая ценность работы

1. Создан и практически реализован программно-аналитический комплекс управления качеством воды р. Теза Ивановской области, который может тиражироваться для-управления водопользованием малых рек других регионов.

2. Разработаны и переданы для практического использования Муниципальному предприятию «Водоканал» (г.Иваново), Территориальному комитету по водному хозяйству Ивановской области и Администрации Ивановсксй области:

— экспериментальные данные и результаты расчетов концентраций загрязнений р.Теза (100 км);

— программа «Комплексное использование и эффективная эксплуатация природных ресурсов бассейна реки Теза Ивановской области»;

— пилотный проект «Оптимизация использования водных ресурсов малых рек на примере р.Теза Ивановской области»;

3. Картографическая и тематическая информация о состоянии окружающей среды передана в НИИ материнства и детства им. Городкова Минздрава РФ, где использована в создании системы санитарно-гигиенического мониторинга.

4. Разработан пакет нормативно-методических документов для аккредитации в Национальной Системе сертификации ГОСТ Р Органа по сертификации «Строительство». Орган по сертификации аккредитован Госстроем России (лицензия ГОСТ R RU 9001.8.4.0009). Создано 14 новых рабочих мест для трудоустройства выпускников Ивановской государственной архитектурно-строительной академии.

5. Результаты работы использованы при создании методической и лабораторной базы для открытия в Ивановской государственной архитектурно-строительной академии новой специальности 072000 «Стандартизация и сертификация» (по отраслям). С 1995 г. проводится набор на открытую Госкомвузом специальность.

Апробация работы

Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях: научно-технической конференции "Прогрессивные технологии электрохимической обработки металла и экология гальванического производства" /Волгоград, 1990г./, на международном конгрессе "Экология России" /Москва, 1993 г./, на международном симпозиуме "Математическое моделирование экологических процессов"/ Иваново, 1995г. /, на научно-практической конференции "Экологические проблемы АПК Ивановской области" /Иваново, 1995г./, на межвузовской научно-практической конференции "Государство и власть в историческом процессе: проблемы истории, теории, практики" /Иваново, 1996г./, на научно практической конференции «Региональные аспекты перехода к устойчивому развитию» /Иванова, 1998 г./.

Публикации

Основные результаты исследований опубликованы в 9 работах автора.

Структура и объем диссертации '

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (112 наименований) и 11 приложений. Общий объем диссертации 238 страниц, в том числе 24 таблицы, 25 рисунков, 22 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, раскрыта научная новизна, практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу современного состояния и теоретических подходов к управлению качеством окружающей среды. Проведен анализ мирового и российского опыта и тенденций в организации управления водным хозяйством региона.

Фундаментальные работы по экологии и природопользованию представлены научными школами, созданными под руководством ученых Ю.А. Израэля, C.B. Яковлева, В.В. Найденко, H.H. Свечиной, Г.С. Розенберг, Д.Б. Гелашвили, B.JI. Этина и др.

При планировании управления окружающей средой в литературе выделяются три аспекта:

а) аспекты планирования ( принятия решений о создании гидротехнических и водоохранных сооружений и о необходимых капиталовложениях);

б) аспекты долгосрочного управления ( установление стандартов качества воды, вопросы законодательства и т.д.);

в) аспекты краткосрочного оперативного управления (определение фактического сброса загрязнений, степени очистки роды, технологических вариантов регулирования водопользования и т.д.).

Эти решения принимаются для различных интервалов времени при различных заблаговременностях прогноза.

Для создания системы экологического управления прежде всего необходимо создание экологических банков в рамках систем мониторинга объектов окружающей природной среды, а также создание типовых средств обработки и анализа экологических данных и средств принятия решений в области экологии.

Управление состоянием водного объекта за счет превентивного, опережающего и текущего воздействий на источники возмущения, возможно лишь при условии наличия оперативных данных в характерных точках водного объекта. Существующая система получения данных состояния водных объектов весьма инерционна и не отражает истинного текущего оостояния объекта. Выполнение же основного принципа охраны водных ресурсов, а именно - предупредительный характер и ликвидация не следствий, а причин воздействия - не осуществимо без моделирования ситуации на конкретном участке водного объекта в текущих гидрогеологических, метеорологических и экологических условиях. Таким образом, задача получения оперативной и достоверной информации об экологическом со-

стоянии водного объекта или его участка представляет в рамках данной работы наибольший интерес как основополагающий элемент системы управления водохозяйственной деятельностью.

В последние десятилетия появились работы H.H. Моисеева, В.В. Кафарова, К.С. Холонга, Р. Пентла и ряда других авторов, заложившие основы научного направления, связанного с использованием системного аначиза при изучении возможных последствий антропогенной деятельности для окружающей среды и здоровья человека. Системный подход к проблеме охраны окружающей среды, и в частности охраны водных объектов, требует отказа от позадачного исследования проблем в этой области. Это логично привело в работах К.С. Холонга, И.И. Ма-лашина, Ч. Бакмана к концепции банка данных, которая является одной из ключевых в новой информационной технологии. Чарзл Бакман сравнил концепцию банка данных с концепцией Коперника: концепция Коперника поставила в центр Солнце, а концепция банка данных в центр поставила информацию. Экологический банк данных состоит из трех групп: данные об антропогенном воздействии, о природе и о человеке.

В результате анализа современного состояния и теоретических подходов к управлению качеством окружающей среды, и в частности к управлению качеством водных объектов, определена цель диссертационной работы.

Во второй главе представлен материал по анализу хозяйственного использования территории г. Иваново и выполнен рекогносцировочный анализ загрязнения объектов природной среды: почв и донных отложений, водоемов и водотоков.— депонирующих сред для полютантов, поступающих с промышленными выбросами и стоками различного генезиса. Оценка полютантов в этих объектах позволяет получить картину кумулятивного воздействия источников загрязнения за длительный период.

На основании результатов фактического анализа состояния территории г. Иваново представлено зонирование городской территории по показателю "комплексное загрязнение территории" , который определялся с учетом анализа воды, донных отложений, почв, снежного покрова.

Целью проведенных исследований по оценке химического загрязнения территории города Иваново было использование результатов исследований при разработке системы регулирования антропогенной нагрузки на природные экосистемы, составной частью которой является планирование и осуществление мероприятий по оздоровлению природной среды.

Работы по оценке и исследованию состояния окружающей природной среды включали:

— сбор и обобщения информации о природных условиях и техногенных факторах, определяющих подверженность загрязнению природной среды ;

— выявление техногенных литохимических аномалий, определение их состава и связи с источниками загрязнения;

— отбор проб с фоновых участков и их исследование с целью корректной интерпретации степени загрязнения городской среды;

— оценку химического загрязнения поверхностных вод, которая заключалась в анализе загрязнения донных наносов и отложений водотоков и водоемов, воды природных гидросистем (при этом отбор проб воды проводился в точках опробования донных отложений с выделением взвешенной и растворенной фаз загрязнителей), а также в оценке загрязнения питьевой воды тяжелыми металлами и нефтепродуктами.

Работы проводились по методикам, утвержденным Минздравом СССР, Госкомгидрометом СССР и др. контролирующими организациями.

На рис. 1, 2 и 3 представлены результаты анализа загрязнения воды и донных отложений реки Уводь в г. Иваново.

Для оценки интенсивности техногенной нагрузки применялся суммарный показатель загрязнения, рассчитанный по формуле:

Ъс= 1к'сф — (п — 1) (1)

ы

где К'сф —коэффициент, характеризующий отношение значения концентрации 1-го элемента к фоновой величине, п — число аномальных элементов.

По результатам анализов построены моноэлементные и комплексные карты загрязнения объектов природной среды, характеризующих уровень химического загрязнения города. Полученные результаты позволили сделать ряд обобщенных выводов по загрязнению территории г.Иваново химическими веществами и ее санитарно-гигиеническому состоянию.

Реальная экосистема, какой является любая территория, характеризуется, в первую очередь, наличием не функциональных, а стохастических связей. Поэтому основной задачей первого этапа исследований в ходе разработки информационной системы управления качеством окружающей среды было описание и прогноз экологической ситуации без изучения механизма поведения экологических систем в условиях антропогенного воздействия. •

Полученная аналитическая информация в дальнейшем послужила основой для выработки стратегии и разработки алгоритма внедрения природоохранных мероприятий. В ходе работы созданы базы и банки данных, которые позволяют хранить в удобной для пользователя форме информацию о количестве и распространении загрязнений на территории города..

Рис.1, Количественные показатели загрязнения реки Уводь в черте города Иванова 1,2,..., 22 - точки отбора проб

Рнс.2. Количественные показатели загрязнения реки Уводь в черте города Иванова 1,2,..., 22 - точки отбора проб

В третьей главе проанализировано влияние окружающей природной среды на здоровье человека, приведены результаты медико-экологических исследований по оценке состояния здоровья населения, проживающего на территории зон максимального загрязнения. Цель раздела дополнить показатель суммарного загрязнения территории комплексной оценкой здоровья населения.

В Ивановской области была выполнена программа на тему "Разработать критерии оценки и прогноза состояния здоровья населения, проживающего в условиях экологической нагрузки". Методика исследования предусматривала исследование состояния различных систем организма человека, в том числе иммунологической, репродуктивной, кроветворной, с учетом неблагоприятного экологического воздействия территории проживания. Программа исследования предполагала формирование метода направленного отбора по признаку "отнесение места жительства пациента" к той или иной степени неблагоприятности по экологическим факторам. Для дифференциации территории использовались результаты исследований, приведенные в главе 2 настоящей диссертации.

Для сравнительного анализа группы формировались по проживанию пациента в условиях экологически неблагоприятного воздействия и вне его, в эгих группах анализировались показатели, характеризующие состояние различных систем организма.

Сбор данных о состоянии здоровья предусматривал выкопировку информации о заболеваемости по обращаемости женщин и мужчин из первичной медицинской документации, детей по данным осмотра, сбор данных о течении беременности и родов, лабораторные исследования (иммунологическое, иммунохи-мическое женщин и мужчин, определение солей тяжелых металлоз в крови женщин), а также использование результатов мониторного наблюдения беременных и родившихся в Ивановской области. Полученные результаты сформированы отдельно для женщин, мужчин и детей и представлены по системам.

Лабораторные исследования выполнялись специалистами Института материнства и детства Минздрава РФ ( г. Иваново).

Комплексная оценка здоровья выполнена по критерию "группа здоровья", в который включены показатели, отражающие наличие функциональных отклонений органов и систем, органических изменений и их степени. При этом выделяются три группы здоровья: 1 группа — здоровые лица, не имеющие факторов риска, функциональных отклонений со стороны органов и систем и заболеваний; 2 группа — практически здоровые лица, имеющие факторы риска, функциональные нарушения со стороны органов и систем, отсутствие заболеваний; 3 группа — больные лица, т.е. имеющие заболевания (с выделением подстадий компенсации, суб- и декомпенсации).

Полученная зависимость учитывалась при разработке информационной системы управления в качестве базы данных "Состояние здоровья населения".

В четвертой главе представлена разработанная автором информационная система управления водохозяйственной деятельностью для регионального уровня.

Функционально предлагаемая автором система управления водохозяйственной деятельностью состоит из трех блоков: информационного (блока оценки и прогноза качества воды водного объекта), блока сертификации систем качества водопользователей и систем качества источников водоснабжения, финансово-экономического блока.

Блок оценки и прогноза

Существующая система контроля и регулирования состояния водного объекта ведомственно разобщена, инерционна и ввиду длительного цикла не позволяет иметь достоверные данные об истинном текущем состоянии, характере и тенденциях в водном объекте, а лишь формирует среднестатистическое состояние за весьма значительный отрезок времени. Действующая в настоящее время система наблюдения за состоянием водных объектов позволяет получать данные об их состоянии с периодичностью от 3 месяцев ( для реки Волга ) до 12 месяцев ( для малых рек ). Такая периодичность не позволяет своевременно определять источники, вызывающие возмущения в водном объекте, и оперативно принимать меры по их ликвидации, профилактике и снижению последствий. Эта система не способна оперативно уловить существенное местное или кратковременное изменение состояния водного объекта, например, превышение разрешенных сбросов, эррозионный или поверхностный смыв вредных веществ, вторичное загрязнение за счет распространения донных загрязнений, случайных и аварийных береговых сбросов и т. д., а лишь реагирует на серьезные аварийные ситуации по ярко выраженным экологическим последствиям.

Управление состоянием водного объекта за счет превентивного, опережающего и текущего воздействий на источники возмущения возможно лишь при условии наличия оперативных данных в характерных точках водного объекта.

Цель управления водохозяйственной деятельностью принята как обеспечение производства материальных благ при одновременной гарантии экологической безопасности природной составляющей водных объектов. Экологическая безопасность в настоящем контексте понимается как степень отклонения фактических характеристик от нормативов, поэтому в ходе оперативного управления водохозяйственным комплексом осуществляется не только регулирование и поддержание заданного режима с помощью устройств и технологических процессов, но и оценка соответствия реально наблюдаемого состояния водоемов и водотоков

нормативным или запроектированным характеристикам. При этом подсистема наблюдений призвана дать своевременные сигналы о необходимости корректировок в запроектированный режим функционирования водного объекта с учетом происходящих изменений. Принимая во внимание, что основную техногенную нагрузку на водоемы и водотоки оказывают сточные воды, к ключевым моментам управления качеством воды водоемов и водотоков относятся инвентаризация источников загрязнений, нормирование сбросов и платное водопользование. Материалы инвентаризации водного хозяйства предприятий необходимы для разработки годовых программ восстановления и охраны водных объектов, разра-итт проектов норм ПДС конкретных предприятий и оформления лицензий на право водопользования.

За критерий оценки состояния водоемов и водотоков, большинство из которых являются источниками водоснабжения, принято качество воды. Нормативные требования к качеству воды в источниках водоснабжения установлены ГОСТ 2761-84. Контроль фактического состояния поверхностных вод позволил сформировать банки данных, которые послужили каналом информационного обеспечения для математического моделирования процессов распространения и трансформации загрязнений и прогноза качества воды.

Блок сертификации систем качества

В специальной литературе широко обсуждается проблема сертификации питьевой воды, поступающей потребителю через централизованные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения . Полная реализация схемы сертификации питьевой воды предполагает предварительную сертификацию источников водоснабжения.

Принимая во внимание возможные схемы сертификации, интеграция системы управления качеством воды в общую систему управления использованием и охраной водного фонда с нашей точки зрения наиболее предпочтительна через сертификацию источников водоснабжения. При этом процедура сертификации базируется на серии стандартов ИСО на системы качества.

Алгоритм процедуры сертификации системы качества следующий : выбор Приоритетной продукции, на обеспечение стабильности качества которой рассчитывается система (ГОСТ 2874-82); выбор модели системы (ИСО 9001-9003); выбор политики в области качества; анализ состояния и динамики качества продукции (в нашем случае -воды: ГОСТ 2761-84, ГОСТ 17.1.3.07-82); анализ возможности системы обеспечить стабильное качество продукции (воды).

Возможные схемы сертификации источников водоснабжения и водопользователей в соответствии с "Системой сертификации ГОСТ Р" приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Схемы сертификации источников водоснабжения и водопользователей

Номер модели Испытания Проверка производства Инспекционный контроль

V Испытания типа Сертификация производства или сертификация системы качества водопользователя Периодические испытания проб, отобранных у водопользователя Контроль стабильности условий производства и функционирования системы качества

VI Испытания типа Сертификация системы качества водопользователя Периодические испытания проб, отобранных у водопользователя Контроль за стабильностью функционирования системы качества

При анализе качества воды водотоков использовался эколого-экономический паспорт предприятия, форма которого разработана НИЦ БТ при Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии, составленный для ткацко-отделочной фабрики "Шуйские ситцы", у которой на балансе находятся городские очистные сооружения канализации г.Шуи. Паспорт использовался в качестве исходных данных для разработки системы качества водопользователя. Система качества водного объекта - реки Теза- разработана с учетом Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов реки Теза Ивановской области. Качество воды в реке является звеном, объединяющим две системы качества - водопользователя и водного объекта.

Сертификация систем качества источников водоснабжения и водопользователей может быть использована для подтверждения, стабильности водопользователя, определения банковскими организациями целесообразности и политики кредитования предприятий, определения страховыми организациями целесообразности страхования предприятий и выбора государственными органами предприятий для размещения государственных заказов. Сертификат качества может быть основанием для выдачи лицензий на пользование водными объектами, Наконец, практическое внедрение системы сертификации как раздела системы управления использованием и охраной водного фонда позволит усовершенствовать нормативы платы за водопользование и исключить субъективизм эконо-мического"механизма природопользования.

Блок финансово-экономический .

В настоящее время в сложных экономических условиях особенно остро встает необходимость создания сети специализированных институтов, занимающих промежуточное положение между водопользователем, заинтересованным в

получении прав распоряжения водными объектами , и государством (в лице территориальных комитетов водного хозяйства), полномочными предоставить ему эти права.

К компетенции новых структур, которые могут действовать на коммерческой основе, на наш взгляд, следует отнести следующие вопросы:

- создание региональной системы сбора и обработки кадастровой информации, учет VI анализ состояния природно-ресурсных объектов, проведение экологического мониторинга;

- инвентаризация и аккредитация водопользователей;

- эколого-экономическая и техническая экспертиза проектных и фактических показателей деятельности предприятий с позиций эффективности использования водных ресурсов и сохранения окружающей среды;

- оценка соответствия (сертификация) технологических процессов, продукции, работ, услуг действующим природоохранительным требованиям и правилам применительно к водным объектам;

- развитие рынка услуг по водопользованию ;

- формирование системы водохозяйственного страхования.

Особо важное значение имеет в этой связи создание специализированных аудиторских фирм по проведению инвентаризации водного хозяйства предприятий, подавших заявки на получение лицензии на водопользование. Результатом такой инвентаризации должен стать официальный документ, прилагаемый к заявке (сертификационный знак соответствия технологических процессов, продукции, работ, услуг требованиям экологической безопасности; аудиторское заключение по оценке экологического риска; аккредитационное удостоверение и т.д.). Аудиторские фирмы также могут осуществлять свою деятельность на стадии контроля за соблюдением условий водопользования после получения водопользователем лицензии.

Структура системы информационного обеспечения управления водохозяйственной деятельности

Система основана на анализе данных периодического контроля состояния акватории водных объектов, на которых имеются или потенциально могут появиться элементы отрицательного воздействия на водный объект. Система охватывает всю протяженность реки с основными притоками и учитывает влияние как зарегистрированных источников сброса загрязнений, включая устьевые створы притоков, так и несанкционированных - аварийных или случайных Структура системы информационного обеспечения управления водохозяйственной деятельностью представлена на рис. 4.

Анализируя состояние водного объекта в характерных точках, система позволяет определять район и возможные источники, вызвавшие отклонение водного объекта от нормы, просчитать развитие ситуации в пространстве и времени, провести своевременное оповещение соответствующих служб и обеспечить поддержку принятия решения по ликвидации возмущения и снижению возможных последствий.

о

Ш

+ 3

аналитический пост

■ терминал ретранслятор (районный центр)

главный терминал ■ ( орган управления водными ресурсами )

зарегистрированный выпуск сточных вод (предприятия)

А

потенциально возможный источник воздействия на водный объект (животноводческая ферма)

инфраструктура (поселок)

■ объект оповещения (водозабор )

система контроля и регулирования состояния окружающей среды

Рис.4. Структурная схема системы информационного обеспечения управления водохозяйственной деятельностью

Разработка системы информационного обеспечения экологического мониторинга выполнена автором на примере реки Теза Ивановской облает)! с привязкой к фактической инфраструктуре местности и существующим иточникам экологического воздействия на водный объект. При разработке системы использовалась топографическая основа бассейна реки Теза, созданная в среде ГИС Инсти-

тутом геоннформационных систем при Ивановском государственном энергетическом университете. Техническое задание для создания топографической основы подготовлено автором.

Топографическая основа содержит следующие элементы: основной водный объект; притоки основного водного объекта; гидротехнические сооружения; основные населенные пункты; предприятия, имеющие выпуски сточных вод в водные объекты; территории сельскохозяйственных структур; залесенные территории; основную транспортную сеть; места потенциально возможного стока ливневых и талых вод; зарегистрированные водозаборы из подземных источников; зарегистрированные выпуски сточных вод в водные объекты; зарегистрированные выпуски сточных вод на рельеф местности; места размещения контрольных постов - контрольные створы; границы водоохранной зоны реки Теза и административных районов Ивановской области; условное расположение терминалов-ретрансляторов, главного терминала и линий связи.

Объекты топографической основы имеют комплекс баз и банков данных, содержащих общие сведения и специфические оперативные данные, необходимые для функционирования системы экологического мониторинга. К объектам топографической основы автором сконструированы и наполнены следующие основные базы данных:

- база основного водного объекта и притоков, включающая основные гидрологические характеристики в любой точке с привязкой последней к устью реки и квадрату координатной сетки;

- база выпусков сточных вод в водный объект, включающая физико-химические характеристики и объёмы разрешенного стока, координаты размещения выпуска и его владельца;

- база контрольных створов - датчиков концентрации, включающая гидрологические данные водного объекта, анализируемые ингредиенты, пределы запуска системы обработки результатов анализа.

Созданы также вспомогательные базы, такие, как база населённых пунктов, база водозаборов, база сельскохозяйственных и промышленных объектов, база оповещаемых объектов, база фона, база текущих значений и другие.

Для обслуживания системы экологического мониторинга созданы банки данных. К главным банкам относятся следующие:

- банк случайных и потенциально возможных источников загрязнения водных объектов;

- банк возможных причин возникновения нештатных ситуаций;

- банк поддержки принятия решений;

- банк расчета изменения концентраций ингредиентов в водном объекте.

В привязке к конкретной топографической основе система информационного обеспечения экологического мониторинга, опираясь на базы и банки данных, функционирует с тактовой частотой от 1 часа до 5 суток в зависимости от ингредиентов загрязнителей, поставленной задачи и возможностей аналитических блоков датчиков концентраций.

Разработанная система информационного обеспечения управления водохозяйственной деятельностью функционально состоит из трех частей:

♦ аналитические комплексы;

♦ терминалы - ретрансляторы;

♦ главный терминал.

Задача аналитического поста состоит в определении концентраций контролируемых ингредиентов-загрязнителей. Аналитический пост имеет базу данных нескольких последних замеров концентраций в ^ .нной точке водного объекта и готов по первому же требованию со сюроны терминала-ретранслятора выдать их либо по телефонному, либо по радиомодему.

Терминал-ретранслятор предназначен для управления мониторингом водного объекта на уровне района. В задачи терминала-ретранслятора входит:

- опрос входящих в сеть данного терминала аналитических постов;

- храпение и усреднение данных по замерам концентраций ингредиентов-загрязнителей;

- хранение служебной информации по своему району;

- отображение топографической карты своего района с указанием всех аналитических постов данного района и их соединений с терминалом-ретранслятором;

- оперативный поиск и отображение информации по замерам любого из аналитических постов, а также информации по любым народнохозяйственным объектам данного района;

- сообщение на главный терминал в случае регистрации несанкционированного сброса загрязняющих веществ;

- синхронизация своей базы данных с базой данных главного терминала.

Сбор информации и обмен ею с главным терминалом происходит посредством параллельной работы всех установленных устройств связи.

Вся информация о состоянии дел в районах собирается на главном терминале, установленном в управлении водными ресурсами. В обязанности данного терминала входит обеспечение следующих функций:

- хранение служебной информации по всей области;

- отображение топографической карты бассейна водного объекта с указанием всех аналитических постов, их соединений с терминалом-ретранслятором и главным терминалом;

- оперативный поиск и отображение информации по замерам любого из аналитических постов, а также информации по любым народнохозяйственным объектам, находящимся в бассейне водного объекта;

- отображение в графическом и табличном виде изменения концентраций любого из ингредиентов-загрязнителей вдоль русла основного водного объекта;

- принятие решений о ликвидации последствий сброса загрязняющих веществ на уровне региона;

- аварийное оповещение заинтересованных объектов в случае несанкционированного сброса;

- предоставление информации о реальном состоянии дел на водном объекте для администрации области, спецслужбам и т.д.;

- управление работой терминалов-ретрансляторов; .

Главный терминал имеет наиболее полную информацию о состоянии дел основного водного объекта. Только он способен правильно оценить ситуацию в случае несанкционированных сбросов загрязняющих веществ, предупредить об этом пункты водозабора и регулировать общий выпуск по сброшенному ингредиенту всеми народнохозяйственными объектами таким образом, чтобы концентрация данного вещества не превышала установленных пределов.

Для обеспечения работы главного терминала автором разработан прогнозирующий комплекс, который повышает результативность экологического менеджмента водных объектов и позволяет выработать рекомендации по ликвидации нежелательных последствий хозяйственной деятельности, апробируя на модели различные природоохранные мероприятия. Структура предложенной системы прогнозирования представлена на рис. 5.

Для описания процессов конвективно-диффузионного переноса и превращения загрязняющих веществ в водных объектах нами разработана математическая модель, которая включена в блок «Математическое представление объекта в виде алгебраических и дифференциальных уравнений»: 1) течения в реках и водоемах описываются уравнением

с!11|/ (И = Ьк игКЬо + ¡=1,2,3- , (2)

где I - время, Ч|= (и), ц2, и3 ) - составляющие скорости по координатным осям х2, X} соответственно. — конвективный и диффузионный операторы.

База данных

Вмоди

корректировка стат. данных об объекте

СУБД статистической информации об . исследуемых природных объектах

Отображение данных • виде таблиц и деловой графики

Формализатор статнетческой информации

Вводи корректировка

математической модели объекта в виде «лгебро-логаческнх. и дифференциальных уравнений

Математическое представление объекта в виде » статистических закономерностей

Математическое1 Представление объекта в виде

алгебро-логичихих и дифференциальных уравнений .

Реконструктор согласованных математических прсдсти леннн объекта

Имитатор > области статистических предстаалеккн

Имитатор в области алгебро-логических и дифференциальных представлений

Ввод условий имитации

Данные о \ моделируемом (прогиози-руемам)

оСЧскгс

Отображение данных в виде таблиц и деловой графихн

Рис.ЗГСтруктура системы прогнозирования состояния водного объекта

2) для описания распространения загрязнений используются уравнения следующего вида:

СЛИ =ЬкС)+Ьв С] +ф); ]=1,2,3...,ГЧ, (3)

С) - концентрации загрязнений, функции - источники и стоки, учитывающие возникновение или исчезновение ] — компоненты загрязнений в результате идущих в воде химических, физических и биологических процессов.

Поле температур также подчиняется уравнению типа (3).

Задача моделирования экологических процессов в реках и водоемах существенно упрощается, если воспользоваться приближением типа "мелкая вода", означающим, что глубина водоема существенно меньше его горизонтальных размеров.

После проведения ряда математических преобразований указанных выше уравнений мы получаем расчетные формулы для определения величин концентраций загрязняющих веществ

С"Л=( С", + Р( к"+|„.,т С"+1,.„/ (1+к"+|,т), (4)

где т - временной шаг, п - номер момента времени .

Эмпирические коэффициенты Р|, к"+|„-1 определены для двадцати основных загрязняющих веществ.

Разработанная математическая модель, как показали численные эксперименты, удобна для применения в задачах прогнозирования последствий сброса сточных вод в реки. Эти задачи охватывают как стационарные, так и нестационарные процессы, например, при залповом сбросе.

Модель реализована в составе программно-аналитического комплекса по управлению водохозяйственной деятельностью региона. Методика работы программно-аналитического комплекса и оперативного управления состоянием водного объекта основана на сравнении степени загрязненности воды в реке до и после населенного пункта, определении источника или района, вызвавшего возмущение, и формировании мероприятий, необходимых для возвращения водного объекта в штатное состояние. При этом система учитывает как зарегистрированные источники сброса загрязнений, так и несанкционированные, аварийные или случайные, как в черте, так и вне населенного пункта, вплоть до гидрогеологических и метеорологических факторов, способствующих ухудшению состояния водного объекта.

. Предлагаемое математическое и программное обеспечение прямых задач прогноза качества воды по фактическим или проектным параметрам, а также обратных задач обоснования предельно допустимого сброса (ПДС), а в дальнейшем предельно допустимой экологической нагрузки при заданных эколого-экономических критериях позволяет автоматизировать построение интегральных

и выявление репрезентативных показателей качества природных и сточных вод, выполнить санитарно-химическое картирование водных объектов и идентификацию источников загрязнения.

Разработанная система позволяет рассмотреть в графической форме состояние участка или водного объекта в целом с наложением на картографическую основу и указанием фактической, допустимой и нормативной степени загрязненности (дифференцированно по ингредиентам и с учетом лимитирующего показателя вредности), во временной и пространственной динамике.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель взаимодействия природного объекта (водотока) с источником антропогенного воздей вия (водопользователь), которая позволяет сократить объем лабораторных анализов при одновременном повышении надежности контроля качества воды в реках и водоемах.

2. В результате рекогносцировочного анализа состояния городской среды сконструированы и наполнены фактической информацией базы данных для системы прогнозирования состояния водного объекта.

3. Установлена зависимость здоровья населения (критерий «группа здоровья») от степени загрязнения окружающей среды (критерий «суммарный показатель концентраций»).

4. Выполнено теоретическое обоснование и разработана методика построения имитационных и математических моделей систем водного хозяйства, ■которая включает как водный объект так и водопользователя.

5. Разработаны стандарты предприятия и Руководство по качеству для Органа по сертификации строительных материалов, изделий и конструкций «Строительство», которые позволяют устанавливать ПДС для водопользователей строительного комплекса.

6. Разработана система информационного обеспечения управления водохозяйственной деятельностью региона. Система способна работать в автоматическом режиме, обеспечивая поддержку принятия решения водоохранным и управляющим органам.

7. Разработана Программа комплексного развития и управления водного хозяйства в новых рыночных условиях на примере бассейна малой реки Теза.

8. Разработан пакет нормативно-методических документов для информационного обеспечения работы органа по сертификации. Методики утверждены Госстроем РФ. Орган по сертификации аккредитован в Национальной Системе ГОСТ Р.

9. Результаты работы использованы при открытии новой специальности в ИГ АСА 072000 «Стандартизация и сертификация».

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Планирование градостроительных решений городской территории с учетом техногенной нагрузки на окружающую среду// М.: МПА, 1996 - 48 стр.

2. Система информационного обеспечения экологического менеджмента. // Экология и промышленность России. Научный журнал. Москва, 1997, №2, с.ЗЗ-35 (Соавт. А.С. Свечин)

3. Система эколого-экономического нормирования технологических процессов и производств// Энергосбережение и охрана окружающей среды. Межвузовский сборник научных статей. -Иваново, 1995, с. 63-68. (Соавт. Н.Н.Свечина, Л.Н.Морозова)

4. Система управления качеством воды водоемов и водотоков // Энергосбережение и охрана окружающей среды. Межвузовский сборник научных статей. -Иваново, 1995, с. 91-98. (Соавт. Н.Н.Свечина, Л.Н.Морозова)

5. Численное моделирование экологических процессов в реках и водоемах //Математическое моделирование экологических процессов. Тезисы докладов Международного симпозиума Иваново, -1995, ( Соавт. Н.Н.Свечина, Ф.Н. Ясинский).

6. Проблемы прогнозирования распространения загрязнения в результате сельскохозяйственной деятельности// Экологические проблемы АПК Ивановской области. Материалы научно-практической конференции 25-26 октября 1995 г. -Иваново, -1995, с. 18-19. (Соавт. Н.Н.Свечина)

7. Политика в области охраны окружающей среды и концепция устойчивого развития// Государство и власть в историческом процессе: проблемы истории, теории, практики. Тезисы докладов Межвузовской научно-практической конференции 20 22 марта 1996 г. - Иваново, 1996.

8. Порядок сертификации в Системе ГОСТ Р Л Отчет. РК 01.96.0 0440, Инв.№ 02.96.0 004171.

9. Разработка научных основ и новых методов ресурсо-сберегающих технологий и производств// Отчет., РК 01.93.0 007350, Инв.№ 02.96.0 002698.

Подписано к печати 09.04.98г. Формат издания 60x841/16. Печ.л. 1,31. Усл. п.л. 1,22. Заказ 990¡p.Тираж 100 экз._

Типография ГУ КПК, г, Иваново, ул. Ермака, 41