Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности

Шагалова, Наталья Нафигулловна

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности"

Р Г Б ОД 4 V

На правах рукописи

ШАГАЛОВА НАТАЛЬЯ НАФИГУЛЛОВНА

СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В БАССЕЙНЕ РЕКИ ПРИ АВАРИЙНЫХ СБРОСАХ КАК КОМПОНЕНТ СЕТИ РЕЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2000

Работа выполнена в отделе управления водными ресурсами Федерального государственного унитарного предприятия Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов (ФГУП РосНИИВХ) Министерства природных ресурсов Российской Федерации

Научные руководители: доктор экономических наук

Прохорова Н.Б.,

доктор географических наук, профессор Шахов И.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Попов А.Н.,

кандидат технических наук Беляев С.Д.

Ведущая организация:

Уральское территориальное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

Защита диссертации состоится « 16 » марта 2000 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 099-01.01 в Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны водных ресурсов (РосНИИВХ) по адресу: 620049, Екатеринбург, ул. Мира, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РосНИИВХ. Автореферат разослан « » февраля 2000 г.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620049, Екатеринбург, ул. Мира, 23, РосНИИВХ

Ученый секретарь диссертационного совета Д 099.01.01, д.т.н. Рыбаков Ю.С.

Л С

/ /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Аварийные сбросы в водные объекты во всем мире стали одним из источников экстремальных экологических ситуаций. Загрязняющие вещества, попадая в водотоки, стремительно распространяются на большие расстояния, загрязняя источники водоснабжения, мешая водопользованию, вызывают гибель рыб и животных, загрязняют заливные луга, орошаемые сельскохозяйственные территории. В зависимости от количества и типа сброшенных веществ, восстановление речной экосистемы после сброса может занять годы.

Загрязнения водных объектов происходят в результате техногенных аварий, масштабы которых по данным статистических исследований увеличиваются за последние десятилетия, как результат развития производства. Аварийное загрязнение может происходить и в результате природных экстремальных явлений, приводящих к чрезвычайным экологическим ситуациям. Примером этого могут являться паводки, наводнения, которые сносят химические склады и шламохранилища, размывают захоронения токсичных веществ. Еще одним источником аварийного попадания в водные объекты загрязняющих веществ является этап их транспортировки: железнодорожный, танкерный, трубопроводный.

Анализ крупных аварий,, обзор отечественных разработок, зарубежный опыт разработки и эксплуатации систем предупреждения и защиты речной сети от аварийных сбросов показал, что создание всеобъемлющей системы предупреждения и защиты речной сети и жизненно зависящих от нее населения, промышленного производства, сельского хозяйства от загрязнения аварийными сбросами, которая может быть названа «Сеть Речной Безопасности» - СРБ, является актуальной проблемой. Цель этой системы - повышение безопасности населения и, в частности, источников питьевого водоснабжения в случае аварийных ситуаций, которые могут отразиться на состоянии реки или ее притоков, а также защита окружающей среды от последствий таких аварий.

Центральным компонентом сети речной безопасности являются компьютерные модели, позволяющие оценивать и прогнозировать развитие аварийной ситуации, правильно планировать ликвидационные мероприятия и управление водоснабжением в условиях аварийного сброса, тем самым значительно минимизировать ущерб.

В настоящее время разработано достаточно много моделей переноса загрязнений в реках. Накопленный опыт эксплуатации СРБ и опыт использования моделей прогнозирования распространения загрязняющего вещества для оценки аварийной ситуации в рамках СРБ позволяет выявить ряд специфических требований к системе прогноза переноса примеси. Разработка новых подходов к созданию систем прогноза переноса примеси, определяемых требованиями к системе, как компонента СРБ, а также модификация существующих и поиск новых методов и алгоритмов, представляет весьма актуальную задачу для дальнейшего развития действующих и проектируемых сетей речной безопасности.

Цель и задачи диссертационной работы: Целью данной диссертационной работы является разработка методики построения компонентов СРБ, обеспечивающих экспертную оценку и прогноз переноса загрязняющих веществ при аварийных сбросах. _ Для достижения этой цели решены следующие задачи:

- выполнен анализ существующих и разрабатываемых сетей речной безопасности, опыта их эксплуатации, моделей переноса примеси;

сформулирован комплекс требований к системе прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки, как компонента СРБ;

- разработаны методика построения системы прогнозирования переноса загрязняющих веществ, алгоритмы расчетов, комплекс компьютерных программ и сопутствующие базы данных;

- система реализована для различных бассейнов рек.

Предмет исследования - компоненты сети речной безопасности, модели переноса загрязняющих веществ.

Методы исследования - методы системного анализа, численное, компьютерное моделирование.

Научная новизна. Разработана методика построения системы прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, позволяющая использовать предложенную модель и программный комплекс в качестве компонента СРБ, а также как самостоятельный программный продукт.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Комплекс требований к системе прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки как компоненту СРБ, учитывающий специфику российских условий (природно-техногенные, техническую оснащенность, существующие потоки информации).

2. Система прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, объединяющая известные и ряд новых модификаций м.етодов расчетов (упрощенная двумерная модель для расчета начального перемешивания на нестационарный сброс; использование метода функций связи и вид самих функций для учета транзитных свойств водохранилищ5 и застойных зон в масштабах бассейна и для решения проблемы трансграничного переноса загрязнений) и разработанная в виде комплекса согласованных компьютерных программ с дружественным интерфейсом пользователя.

2. Структура информационной базы для системы прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, ориентированная на использование в сети речной безопасности.

Практическая значимость, реализация результатов работы.

ситуацию и принятия адекватных мер по защите водного объекта, населения, ограничению и ликвидации ущерба в Нижне-Обском (для бассейна реки Туры), Бельском (для бассейна реки Белой), ЮжноУральском (для бассейна реки Миасс) бассейновых водохозяйственных управлениях, Оренбургском комитете по охране природы (для бассейна реки Урал) и при разработке Федеральной Целевой Программы «Защита Приморского Края от наводнений» (бассейны рек Партизанская и Раздольная).

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались и обсуждались на следующих российских и международных научно-технических конференциях и семинарах: школа-семинар В.Г. Пряжинской «Методы системного анализа», Москва, 1994; Российская научно-практическая конференция «Экосистемный подход к управлению водными ресурсами в бассейнах рек», Екатеринбург, 1994; Российская научно-практическая конференция «Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий», Уфа, 1994; Международная конференция по мониторингу, Беекберген, Нидерланды, 1994; Международная конференция по разрушительному действию воды: природные катаклизмы, вызванные водой, борьба с ними и контроль, Анахейм, США, 1996; Международный симпозиум «Чистая вода России-97», Екатеринбург, 1997; Международная выставка-семинар «Уралэкология-97», Екатеринбург, 1997; Международная конференция по качеству, управлению и доступности данных для гидрологии и управлению водными ресурсами, Кобленц, Германия, 1999; Международный симпозиум «Чистая вода России-99», Екатеринбург, 1999; Международный форум «Великие реки», Нижний Новгород, 1999; Международная выставка и конференция «Природные ресурсы стран СНГ», «Акватерра», Санкт-Петербург, 1999.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных

работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 110 страницах, включает 13 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цели и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. ЗАЩИТА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ АВАРИЙНЫХ СБРОСОВ И СОЗДАНИЕ СЕТЕЙ РЕЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

В настоящее время на ряде рек Европы и США сети речной безопасности уже созданы и эксплуатируются в течение нескольких лет. Такие системы действуют на реках Рейн, Сена, Огайо, Миссисипи. В стадии проектирования находится СРБ на реке Дунай. В. России нет таких единых сетей, однако, ведутся активные разработки их отдельных компонентов. Так, например, разработки автоматизированных информационно-советующих систем, систем поддержки принятия решения, включающих в себя информационные базы данных и математические модели для оперативного прогнозирования и оценки техногенного воздействия на водный объект в масштабах бассейна или региона, в том числе и при аварийных ситуациях (работы Косолапова А.Е., Лепихина А.П., Садохиной E.JI, Цхая A.A.), являются важной составляющей для создания СРБ.

Вопросы защиты речной сети от аварийных сбросов, вопросы экологической безопасности в последние годы встают особенно остро при разработке нефтяных месторождений и при транспортировке нефти и нефтепродуктов. Можно выделить ряд работ, вышедших в последнее время (работы Быковского В.А., Лосева К.С., Гриценко А.И. и др.), в которых большое внимание уделяется такой проблеме,

как предотвращение, профилактика аварийных сбросов нефти и нефтепродуктов. Весь этот блок вопросов и проблем может быть включен в такой компонент СРБ, как система предотвращения аварийных сбросов.

Перспективные разработки по системам раннего обнаружения и мониторинга аварийного разлива нефти на водных объектах (работы Баренбойма Г.М., Шульженко П.Ф., Галкина A.B., Полякова Ю.М.), хотя и являются узкоспециализированными, также могли бы служить основой для создания СРБ, к сожалению, они находятся в стадии теоретических исследований и еще не реализованы на практике.

Анализ существующих и проектируемых СРБ показал, что компьютерные модели, осуществляющие расчет переноса примеси, являются центральным компонентом сетей речной безопасности, обеспечивающим экспертную оценку аварийной ситуации и прогноз ее развития в бассейне реки, без чего невозможно принятие своевременных адекватных мер по управлению водоснабжением и ликвидации аварийных ситуаций.

В настоящее время разработано большое количество моделей переноса примеси в водных объектах. Большой вклад в развитие методических основ построения таких моделей внесли работы Васильева О.Ф., Веницианова Е.В., Воеводина А.Ф., Галкина JI.M., Гиргидова А.Д., Еременко Е.В., Канторовича В.К., Караушева A.B., Кудряшовой Ж.Н., Морокова В.В., Родзиллера М.Д., Шахова И.С., Хубларяна М.Г., Пааля JI.JI. и др. Переносу примеси посвящена значительная часть монографий Кюнжа Ж.А., Холли Ф.М., ВервеяА., Мак-Доуэлла Д.М., Коннора Б.А., Рогуновича В.П.

Такой большой интерес к проблеме моделирования переноса примеси в водных объектах и разработке компьютерных систем для прогнозирования переноса примеси является следствием, во-первых, ухудшения экологической обстановки, увеличения количества аварий, приводящих к экологическим катастрофам, во-вторых, революционного развития рынка доступной и мощной компьютерной техники, что позволило ставить задачи компьютерного моделирования переноса примеси чуть ли не в каждом органе,

имеющем отношение к водохозяйственной деятельности, и, в-третьих, развитие и совершенствование вычислительных методов и программного обеспечения.

Автором выполнен анализ известных моделей переноса, как используемых для оценки распространения загрязняющих веществ в водотоках и водоемах в ряде отечественных методик и разработок, так и используемых в действующих СРБ. Методики оценены с точки зрения возможности их использования в рамках сети речной безопасности бассейна, а моделей в действующих СРБ - по возможности их использования для условий российских рек. Сделан вывод о невозможности их использования для прогноза в рамках всего бассейна, поскольку все эти модели решают свои задачи и создавались без учета их возможного использования в таких системах, как СРБ, и поэтому они не удовлетворяют тем или иным требованиям к системе прогнозирования переноса примеси с точки зрения ее использования в качестве компонента СРБ. Так, например, использование двухмерных или трехмерных моделей переноса примесей, требующих большого количества данных, сложных алгоритмов, длительного времени для моделирования, больших денежных и временных затрат на реализацию, невозможно в рамках всего бассейна. Методики, использующие те или иные модели прогноза или упрощенкые методы на отдельных участках водотока, не позволяют сделать достоверный прогноз на большое расстояние в рамках бассейна реки по причине накапливания ошибок при переходе от расчета с одного участка на другой. Однако, отдельные элементы этих методик, а также отдельные модели могут быть положены в основу создания соответствующего компонента СРБ после необходимых модификаций в соответствии с задачами и целями СРБ и требованиями моделирования в рамках СРБ. Также не могут быть перенесены на условия российских рек модели, используемые в существующих СРБ, ввиду различия в условиях: отсутствия водохранилищ и ориентацию моделей прогноза на систему автоматического мониторинга.

На основании опыта эксплуатации в рамках СРБ систем расчета переноса загр знений признано целесообразным использование квазиодномерных моделей расчета, а в случае, где это возможно, и упрощенных методов. Это обусловлено эффективностью этих методик в рамках СРБ, достаточной дл практических расчетов точностью, а также простотой и надежностью методов калибровки моделей.

Таким образом, совершенствование моделей прогнозировани переноса примеси дл целей СРБ вл етс основной задачей диссертации. Анализ опыта разработки и эксплуатации действующих СРБ позволил выделить их компоненты, цели и функции, оценить их значительную роль в области защиты водных объектов.

2. СЕТЬ РЕЧНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ БАССЕЙНА

На основе выполненного в первой главе анализа существующих СРБ, обзора отечественных разработок, концептуально-методических подходов к организации системы управления водопользованием (работы А.М.Черняева, Н.Б.Прохоровой, М.П. Далькова, И.С.Шахова) во второй главе обобщены и систематизированы цели, задачи, функции, выделены основные компоненты сети речной безопасности.

Сеть Речной Безопасности (СРБ) - это всеобъемлющая система предотвращения и защиты экосистемы реки и жизненно зависящих от нее населения, промышленного производства, сельского хозяйства от загрязнения аварийными сбросами. Цель этой сети — повышение безопасности населения и, в частности, источников питьевого водоснабжения в случае аварийных ситуаций, которые могут отразиться на состоянии реки или ее притоков, защита окружающей среды от последствий таких аварий. Сеть должна выполнять четыре основные функции: 1) предотвращение аварийных сбросов; 2) оповещение или предупреждение об аварийном сбросе; 3) прогнозирование - давать прогноз аварийной ситуации и оценку нагрузки и последствий аварийного загрязнения; 4) ликвидация последствий аварийного сброса.

Создание сетей речной безопасности соответствует цели: достижение и поддержание экологически безопасного уровня водопользования и основным принципам государственной водохозяйственной политики: бассейновому планированию и минимизации вредных воздействий на водные объекты.

Можно выделить следующие основные компоненты СРБ:

1) Система предотвращения аварийных сбросов, действующая на предприятиях, местах добычи и транспортировки нефти и т.д.

2) Система раннего оповещения об аварийных сбросах загрязняющих веществ: это система органов управления, начиная с предприятия, передающего первоначальное сообщение о случае аварии и заканчивая органом управления на уровне бассейна.

3) Постоянно действующая система мониторинга (система раннего обнаружения и предупреждения), состоящая из станций мониторинга, осуществляющих непрерывный контроль за качеством воды, фиксирующая уже непосредственно в реке случай аварийного загрязнения.

4)Компьютерные модели, прогнозирующие развитие аварийной ситуации.

5) Система реагирования на сбросы для защиты водопользователей и экосистемы реки и система ликвидации экологических и социальных последствий аварии.

Рис. I. Главные задачи системы оповещения СРБ

6)Информационна система, включающа в себ кадастр потенциальных источников аварийных сбросов (предпри ти, хранилища, транспортные пути и т.п.), базу данных по загр зн ющим веществам, кадастр аварийных ситуаций; базу данных по участкам локализации аварийного загр знени; базу данных по характеристикам системы водотоков бассейна реки и т.д.

система мониторинга

компьютерные модели

система реагировани и ликвидации последствий

база ' . данных по • характе- .. ристикам бассейна реки :.

№

.(садастр -, потенциа-■ льных .

ИСТОЧНИКОВ

аварийных . сбросов

информационная база данных

Л ■ - ' Л

база' * данных по загрязня-.

ющим - , веществам

кадастр аварийных ситуаций,

■ база данных по участкам, локализации

ш ¡83

Рис.2. Основные компоненты Сети речной безопасности

В главе анализируются место и функции каждого из компонентов в СРБ, их взаимосвязь, описаны возможности использования ГИС-технологий. Показано оптимизирующее влияние прогнозной составляющей сети на все компоненты СРБ. Для системы предотвращения прогнозирование времени переноса сброшенных веществ позволит выявить предприятия повышенного риска -потенциальные источники аварийного загрязнения. В системе оповещения без прогнозных моделей невозможно выполнение задачи по оценке ситуации. Системы прогноза помогут оптимизировать расположение и количество станций мониторинга, а также реабилитационных пунктов на реке для локализации и ликвидации последствий аварии. Модель прогнозирования переноса загрязняющего вещества является инструментом для организации мер по управлению водопользованием в аварийной ситуации, по ликвидации последствий сбросов и управления водоснабжением (прогноз концентрации и продолжительности прохождения сброшенных веществ через водозабор). Она также может быть использована в учебных целях для изучения различных сценариев аварийной ситуации и для руководства действиями в случае сброса, ее можно использовать в исследовательских целях людям, занимающимся планированием городского водоснабжения и реагированием на аварийные ситуации, для определения "наихудших последствий сброса" для различных водопользователей.

На основе обобщающего анализа опыта проектирования и эксплуатации СРБ, задач, функций СРБ и ее компонентов, выполненного в данной главе, анализа моделей переноса примеси, в том числе и в реально действующих СРБ, бассейнового подхода формулируется комплекс требований к системе прогнозирования распространения загрязняющего вещества как компоненту СРБ: - система должна охватывать весь бассейн реки в целом и, в частности, обеспечивать расчет переноса на большие расстояния (в некоторых случаях до 1000 км и более), а также функционировать в условиях низкой точности задания исходных данных;

- в расчет переноса должны быть включены такие элементы, как водохранилища и застойные зоны, оказывающие значительное влияние на процесс распространения загрязнения в бассейне реки в целом;

- система должна обеспечивать возможность расчета переноса загрязняющих веществ для нестационарных сбросов, происходящих за короткие промежутки времени (в частности, залповых сбросов);

- система должна учитывать трансграничный перенос загрязнений с территорий, по каким-то причинам не входящих в область контроля данной СРБ;

- система должна оперативно функционировать (обеспечивать надежную экспертную оценку ситуации в течение нескольких часов с момента поступления начальной информации об аварии) и быть доступной пользователю без специальной компьютерной подготовки все это, в частности, предъявляет особые требования к пользовательскому интерфейсу системы;

- базовыми моделями для системы прогнозирования переноса загрязнений в водотоках должны служить квазиодномерные модели с разумной комбинацией детальных и упрощенных методов;

- система должна обладать хорошей адаптируемостью к конкретным условиям бассейна реки и повышенной гибкостью к калибровке модели;

- система должна иметь развитую базу данных и должна без труда интегрироваться в уже существующие СРБ, в том числе, основанные на ГИС-технологиях.

Глава 3. СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПЕРЕНОСА

ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В БАССЕЙНЕ РЕКИ ПРИ АВАРИЙНЫХ СБРОСАХ КАК КОМПОНЕНТ СРБ

В главе описана разработанная методика прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах, включающая в себя как известные, так модифицированные и новые методы, объединенные в единую модель специальными методами (приемами). По разработанной методике описана общая

структура и алгоритм системы прогнозирования реки в соответствии с определенными в первой главе требованиями, реализованной в виде комплекса согласованных компьютерных программ с дружественным интерфейсом пользователя, работающей на минимально возможной базе данных, обеспечивающей достаточную точность расчета.

Система водотоков бассейна реки представляется в виде ориентированного графа с выделением всех возможных путей движения примеси и определением границ контролируемой области (это может быть как весь бассейн, так и его часть). Гидравлические, морфометрические, гидрологические данные по бассейну задаются в системе "опорных" створов. Выбор опорных створов (их количество и местоположение) оказывает существенное влияние на точность расчета. Предложена автоматизация технологии задания топологии системы водотоков бассейна реки, системы опорных створов и выбора пути переноса примеси в бассейне.

Для расчета переноса примеси вдоль выбранного пути используется квазиодномерное уравнение переноса:

где р= /?($,I)- концентрация примеси, / - время, л - координата вдоль пути переноса примеси, Л(^) - площадь живого сечения потока, Q(s) - расход воды, £>(5) - коэффициент продольной дисперсии, А(я) - коэффициент неконсервативности, используется простейшая модель самоочищения водотоков - линейная модель с коэффициентом неконсервативности к. Именно такая упрощенная модель используется во всех существующих и проектируемых СРБ и, по мнению авторов самих этих проектов, достаточна для получения удовлетворительной точности расчетов.

Коэффициент продольной дисперсии В = 2138 /?£/. (К/£/.)"'65 (Быстрое, Клименко) описывает дисперсии как в средних реках, так в больших с шириной более 70 м.

Уравнение (1) для данного пути движения примеси решалось численно с использованием хорошо разработанных и апробированных

методов типа Лакса-Вендрофа на разностной сетке с пространственным шагом As и временным Al. Теоретическая точность использованного метода - 0{As2+At2). Тестирование показало относительные ошибки расчета на уровне 1-2%, что является пренебрежимо малым по сравнению с типичными ошибками задания базовых данных по водотокам бассейна реки. Тем самым возможные ошибки расчета определяются исключительно ошибками в задании данных.

Предложено следующее задание граничного условия для уравнения (1), т.е. функцию сброса P{t), в виде точного решения уравнения модели в зоне начального перемешивания:

■kp + f(x,y,t), (2)

dt дх

v дх2 ду2 j

где Н - средняя глубина реки, И,- коэффициент турбулентной диффузии. Предполагается, что источник загрязнения является сосредоточенным в точке с координатами х-х0, у = у0:

Л*. У,-О= -¡7 V№х - Х0 )5(у -у0),5(х)

дельта-функция

Дирака. Граничные условия на берегах реки имеют вид др

tiy

О,

У'0,1

т.е. поток примеси через границу отсутствует. Этот метод является обобщением автора на нестационарный случай (каким являются аварийные сбросы) метода Морокова В.В. - Шахова И.С. Получаем точное решение следующего вида:

Р(х, у, 0 = — jG:(х, у, X - т; х„, >>0) <р(т) ск, И

+ А-

Gz = X Y. G{x,y, t - V,x0,2nL + sy0),

e=±I«=~A*

\г

(3)

G =

2>A(i-T)J

exfl -

(x-V(i-x)~xJ+(y-yor

4Д(/-т)

- k{t -1)

Отсюда можно получить оценку длины достаточного перемешивания /.

0.8<£-<1 _&_

Рш, 4D, ln(/?m>4 / /3mjn)

Получаем граничное условие для одномерного уравнения переноса:

I i

Pit) = 7 J>(*„ +/..>'. ОФ, Jo = *о + /. •

i о

Для включения водохранилищ (или застойных зон, оказывающих существенное влияние на процесс переноса примеси в бассейне) в методике впервые предлагается использовать технику функций связи (передаточных функций) и вид самой функции. Эта техника широко используется для моделирования сложных систем, в том числе для моделирования переноса примеси в подземных водах и для моделирования процесса переноса внутри водохранилища.

Пусть водохранилище занимает область s, < s < s2, а P\i1)- p(s\>t) и p>j(/) = p(s1,t) - значения концентрации примеси на входе в водохранилище и на выходе из него, соответственно. Тогда

■ p2(t)~ '¡F(t-i)Pl(T)dT. (4)

В диссертационной работе предложен следующий вид передаточной функции,1 содержащей всего два основных параметра: Т - время задержки при распространении примеси от входа в зону к ее выходу; Д - характерное расширение пятна примеси, к -коэффициент неконсервативности:

F(r) = 0, i<*0+7\ (5)

m=ехр(- Ll!f1 --'•>)' >{°+т-

На рис. 2 приведено сравнение экспериментальных данных, полученных в результате натурных экспериментов с использованием красителя, и p2(t), полученной по формуле (3) с использованием передаточной функции вида (4) для моделирования застойной зоны

со следующими численными значениями Т = 19час, Д = 3 км, к- 0.005.

параметров:

0.25

Р, (t)

по

005

0.15

О 1

100

Рис. 3. Сравнение экспериментальных значений концентрации примеси на выходе из зоны с вычисленными значениями р2(1) (сплошная линия).

Видно неплохое соответствие экспериментальных и вычисленных значений. Удовлетворительно воспроизводится также и эволюция пятна примеси в зоне "хвоста".

Эти же передаточные функции предложены автором для оценки трансграничного переноса загрязнений в случае, когда контролируемая область не охватывает весь бассейн, источники загрязнений находятся выше контролируемой области, и мы обладаем недостаточной информацией для полноценного включения этой «области вне контроля» в модель. Расчет основывается на: - базе данных по «области вне контроля», подготовленной в результате предварительного анализа этой области, включающей потенциальные источники загрязнения на данной территории; перечне загрязняющих веществ, которые могут быть сброшены по каждому потенциальному источнику загрязнения; минимально необходимых параметрах водотока; наборе передаточных функций по каждому потенциальному источнику загрязнения; - и минимальных данных о сбросе: источник загрязнения, параметры сброса (вещество, М, ^ АО, условия сброса (г°С, период). Проблема расчета трансграничного переноса состоит, таким образом, в том как, используя неточные или неполные данные о сбросе, прогнозировать время появления пятна загрязнений и его

концентрацию на границе контролируемой области. Поскольку исходные данные о сбросе ожидаются неполными, то подобная простейшая модель является оптимальной. Параметры передаточных функций Т, Д, к для каждого для источников загрязнений должны быть определены в базе данных заранее на основе предварительных расчетов в рамках, например, квазиодномерной модели (1), либо на основе анализа известных, произошедших ранее случаев сбросов. Метод передаточных функций, определяемый формулой (3), позволяет определить концентрацию примеси р,(с) на границе контролируемой области, если известна функция р,(/) в месте сброса. Можно ожидать, что точный вид временной зависимости /?,(/) будет неизвестен. В таком случае предлагается использовать следующую прямоугольную аппроксимацию О, *</„

А(0 = ш,/е,д*, *„ + А?.

О, (>10

Здесь /0 - время начала сброса, Ы - его продолжительность, М, - полная масса сброшенного загрязняющего вещества, <2, - расход в месте сброса загрязняющего вещества. В дальнейшем, по известной эволюции концентрации примеси на границе контролируемой области, т.е. функции р2(0> можно определить детальное распространение загрязнения ниже по течению реки в контролируемой области, решая уравнение переноса (1).

Разумеется, описанный выше метод не может претендовать на расчеты трансграничного переноса с приемлемой точностью в силу неопределенности исходных данных, однако он может быть использован для экспертной оценки ситуации, включающей расчеты ряда возможных сценариев развития процесса загрязнения реки и возможных последствий этого загрязнения.

Все описанные выше методы объединены в единую модель специальными вычислительными приемами, обеспечивающими надежность решения.

В главе предложена минимально возможная база данных системы, включающая: данные по характеристикам системы водотоков бассейна реки, данные по загрязняющим веществам, данные о сбросе загрязняющих веществ, базу данных о потенциальных источниках аварийных сбросов. Реализована автоматизация технологии задания топологии системы водотоков бассейна реки, системы опорных створов и выбора пути переноса примеси в бассейне. Описана подготовка данных для системы расчета прогнозирования распространения примеси при аварийном сбросе,

При разработке интерфейса пользователя системы главными задачами были обеспечение простоты и удобства в эксплуатации, доступности пользователю, не имеющего специальных навыков работы с компьютером, а также выполнение основной функции системы расчета переноса примеси как компонента СРБ -обеспечивать экспертную оценку и прогноз развития аварийной ситуации в бассейне реки в максимально сжатые сроки. Картоподобная схема с изображением бассейна реки делает систему более дружественной и естественной для пользователя. Все важные входные данные проходят автоматическую проверку при вводе, что позволяет исключить ошибки пользователя. Вывод результатов может быть представлен в графическом или табличном виде как на монитор, так и на принтер (рис.3). Настройка системы на конкретный бассейн не представляет большой сложности и не требует перекомпиляции программы. Необходимый дополнительный этап работы состоит лишь в подготовке карты-схемы системы водотоков нового бассейна реки в контролируемой области (которая выводится на экране монитора): сканирование, цифрование, последующее ее включение в систему.

Для системы прогнозирования переноса примеси предложена методика, состоящая как из известных, хорошо апробированных, методов расчета, выбор которых диктуется целями и задачами СРБ, так и новых, предложенных автором. К числу последних относятся: 1) обобщение метода расчета начального перемешивания на нестационарные задачи (в частности, на случай залпового сброса); 2) использование и вид функций связи для моделирования транзитных

«»^лдв*.

О г Рг* -мчоя

В.г.^п Гчхм^скм) 4»ЕМ

С г Р« Кжвмгла*

5.1 Уию«Г*<>1М.Г»1»ЛЁГКИЙ МШ)»

К.« .Я»»»«» Гл(»»««1.ч

Р.г.Н -Тлгв* ПО

и.г.Н.-Тлгкк

н > н.-т.,гмя кгчк

г Н.-Тагил ИВКУ г Н. Тлгия

» тЛЛЧЦИА'****

"""ЛГ"

. I Вьсс» пвглкнмтия

1 □-1ШНСЯМО«« | Поквоесяое ;< Ш

1 £]-СМ»Ът«М«М. 1

Тур 1

<Ц-. } ]

; . I Ка <илово

1 г.Тюмень и.»«,*

—»Тобол

уг

Г7 Нпою (ЯГОМ! ««ЧМООМ

м Р «ВИ«««»« с**«-*

П9 8»ХП*

Стрэшц» I иэ

Рис.4. Фрагменты интерфейса пользователя системы

свойств водохранилищ и трансграничного переноса загрязнений в бассейне. Все предложенные методики согласованы друг с другом общей базой данных и методами включения их в единую модель бассейна реки.

Определен минимальный набор данных, необходимых для функционирования системы прогнозирования, организованный в базу данных системы. Разработанная методика реализована в виде комплекса согласованных программ с дружественным интерфейсом пользователя и сопутствующей базы данных.

Глава 4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ АВАРИЙНОМ СБРОСЕ

В главе описаны примеры реализации системы прогнозирования переноса загрязнений при аварийном сбросе для ряда рек Уральского региона и Приморья. На реке Миасс для учета транзитных свойств водохранилищ использовался описанный во второй главе метод моделирования транзитных свойств двумерных объектов, основанный на технике функций связи (передаточных функций), использовалась модельная передаточная функция вида (4). Описано, как для каждого водохранилища задавались параметры Г и А.

Для бассейна реки Туры при аварийном сбросе ставилась задача оценки трансграничного переноса загрязняющего вещества при аварийном сбросе - прогноз временных характеристик переноса и распределения концентрации загрязняющего вещества в граничном створе при аварийном сбросе на сопредельной территории. Кадастр потенциальных источников загрязнения на сопредельной территории содержит перечень предприятий-загрязнителей с перечнем предполагаемых типов загрязняющих веществ и параметрами переноса Т и А.

Для контроля системы расчета переноса примеси по реке Урал было проведено сравнение расчетных параметров переноса с измеренными в случае имевшей место фенольной аварии. Из

сравнения измеренных и вычисленных результатов можно сделать следующий вывод: - время прихода пятна загрязнения на водозаборы было вычислено с вполне приемлемой точностью; - ошибка в расчетах концентрации составила 30 %.

Отметим, что эти выводы о точности расчетов в целом соответствуют оценкам, полученным в результате тестирования модели действующей СРБ (глава 2 диссертации).

На различных водных объектах были реализованы и прошли апробацию все методики, предложенные в диссертации, включая моделирование транзитных свойств водохранилищ (р.Миасс в Челябинской области) и метод оценки трансграничного переноса аварийных загрязнений (р.Тура в Тюменской области).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В представленной работе решена важная практическая задача по разработке системы прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийном сбросе как компонента сетей речной безопасности, обеспечивающей оперативную экспертную оценку развития аварийной ситуации приемлемой точности и работающей в условиях низкой точности исходных данных.

Использование систем прогноза переноса примеси в условиях аварийных сбросов наиболее эффективно в рамках всеобъемлющих многофункциональных СРБ, в которой система прогноза переноса загрязнения осуществляет не только функцию экспертной оценки и прогноза возможных сценариев развития аварийной ситуации в бассейне реки, но и находится в тесном взаимодействии с другими компонентами СРБ, для которых она выполняет оптимизирующую роль.

Система прогнозирования разработана в соответствии с комплексом требований, определенных на основе опыта проектирования и эксплуатации СРБ, анализа моделей переноса, бассейнового подхода, и по предложенной методике прогнозирования

переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах.

В основу методики положена квазиодномерная модель с разумным сочетанием детальных и упрощенных методов расчета с целью достижения максимальной эффективности, как с вычислительной, так и с точки зрения затрат на реализацию, калибровку модели, эксплуатацию и обучение персонала. Методика обеспечивает необходимый уровень точности и надежности расчетов, адекватный точности исходных данных. Элементы методики отбирались как из числа известных и апробированных, предложен также ряд новых модификаций. К числу последних относятся: -упрощенная двумерная модель для расчета начального перемешивания; - использование метода функций связи для расчета транзитных свойств водохранилищ и застойных зон в водотоках и для решения проблемы трансграничного переноса. Все использованные методы объединены в единую модель специальными вычислительными приемами.

Система реализована в виде комплекса согласованных компьютерных программ с дружественным интерфейсом пользователя, обеспечивающим эффективную работу пользователя в процессе экспертной оценки сценариев развития аварийной ситуации, а также работу с базой данных системы. Система работает в услбвиях недостаточности морфометрической, гидравлической информации на минимально возможной базе данных, заданной в системе разумно выбранных опорных створов. Предложено несколько вариантов реализации интерфейса с использованием различных уровней визуализации процессов переноса и средств контроля действий пользователя.

расчетов переноса примеси необходима тщательная калибровка и привязка моделей к реальным условиям системы водотоков. Оценки реально достижимой точности расчетов (порядка 30% по определению максимальных значений концентрации примеси и 10% по временам переноса) совпадают с оценками, полученными для моделей в реально действующих СРБ в натурных экспериментах с красителями.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработать программный комплекс расчета на ПЭВМ распространения по реке загрязнений при аварийном (залповом) сбросе: Заключ. отчет РосНИИВХ, № гос. регистрации 02940002096, Екатеринбург, 1993 -37с.

2. Визуализация информации в системах управления водными объектами // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Управление водным хозяйством России», Екатеринбург, 1993. - С. 70-71 (в соавторстве с Костомаровым В.М.).

3.; Прогнозирование распространения загрязнений при аварийных сбросах в бассейне реки в системах мониторинга и управления водными ресурсами // Тезисы докладов научно-практической конференции «Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий», Уфа, 1994. - С.27-28.

4. The water quality modeling for accidental pollution spills as a component of river basin monitoring and management systems. // Proc.Monitoring Tailor-made, September 20-23, 1994, Beekbergen, The Netherlands, p. 328-331 (в соавторстве с С.Третьяковым).

5. Географические информационные системы и их использование в управлении водными ресурсами // Тез. докладов Всероссийской научно-практической конференции «Экосистемный подход к управлению водными ресурсами в бассейнах рек», Екатеринбург, 1994.-С.90-91.

6. Разработка программного комплекса прогнозирования распространения загрязняющего вещества при аварийном сбросе в

системе водотоков бассейна реки: Заключ. отчет РосНИИВХ, № гос. регистрации 02970002934, Екатеринбург, 1996,- 72с.

7. Разработка методик прогнозирования трансформации и распространения загрязняющего вещества по длине реки, включая аварийный (залповый) сброс: Заключ. отчет РосНИИВХ, № гос. регистрации 02970002936, Екатеринбург, 1996.- 123с.

8. Accidental pollution simulated system and pollutant transboundary transport problems for the River Tura // IAHS Publ. no. 239, 1997, p. 275278.

9. Прогнозирование экологической опасности на реках в чрезвычайной ситуации // «Проблемы охраны окружающей среды Уральского региона», тезисы докладов научно-практического семинара на международной выставке «Уралэкология-97»,Екатеринбург, 1997. - С.32.

10.The Problem of Data Incompleteness in Simulation of Transboundary Pollution Transport for Accidental Spills // Proc.International Conference "Quality, management and availability of data for hydrology and water resources management", Koblenz, Germany, 22-26 March 1999, p. 117122.

11.Проблема загрязнения водных объектов аварийными сбросами и создание сети речной безопасности // Тезисы докладов 5-го Международного симпозиума «Чистая вода России-99», Екатеринбург, 13-17 апреля 1999 г. - С. 59-60.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шагалова, Наталья Нафигулловна

Введение.

1. Защита водных объектов от аварийных сбросов и создание сетей речной безопасности

1.1. Опыт разработки и реализации сетей речной безопасности.

1.2. Анализ моделей переноса загрязняющих веществ для использования в сетях речной безопасности.

Выводы

2. Сеть речной безопасности бассейна.

2.1. Основные компоненты сети.

2.2. Комплекс требований к системе прогнозирования

Выводы

3. Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компоненты СРВ.

3.1. Общие принципы построения системы прогнозирования переноса примеси. Основные уравнения и методики

3 .2. Информационная база системы переноса, подготовка базовых данных системы

3.3. Пользовательский интерфейс системы

Выводы.

4. Реализация системы прогнозирования переноса загрязняющих веществ при аварийном сбросе.

Введение Диссертация по географии, на тему "Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности"

Загрязнения водных объектов происходят в результате техногенных аварий, масштабы которых по данным статистических исследований увеличиваются за последние десятилетия, как результат развития производства. Аварийное загрязнение может происходить и в результате природных экстремальных явлений, приводящих к чрезвычайным экологическим ситуациям. Примером этого могут являться паводки, наводнения, которые сносят химические склады и шламохранилшца, размывают захоронения токсичных веществ. Еще одним источником аварийного попадания в водные объекты загрязняющих веществ является этап их транспортировки: железнодорожный, танкерный, трубопроводный.

Анализ крупных аварий, обзор отечественных разработок, зарубежный опыт разработки и эксплуатации систем предупреждения и защиты речной сети от аварийных сбросов показал, что создание всеобъемлющей системы предупреждения и защиты речной сети и жизненно зависящих от нее населения, промышленного производства, сельского хозяйства от загрязнения аварийными сбросами, которая может быть названа «Сеть Речной Безопасности» - СРВ, является актуальной проблемой. Цель этой системы - повышение безопасности населения и, в частности, источников питьевого водоснабжения в случае аварийных ситуаций, которые могут отразиться на состоянии реки или ее притоков, а также защита окружающей среды от последствий таких аварий.

Цель и задачи диссертационной работы: Целью данной диссертационной работы является разработка методики построения компонентов СРБ, обеспечивающих экспертную оценку и прогноз переноса загрязняющих веществ при аварийных сбросах. Для достижения этой цели решены следующие задачи:

- сформулирован комплекс требований к системе прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки, как компонента СРБ;

- система реализована для различных бассейнов рек.

Предмет исследования - компоненты сети речной безопасности, модели переноса загрязняющих веществ.

Методы исследования - методы системного анализа, численное, компьютерное моделирование.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Комплекс требований к системе прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки как компоненту СРБ, учитывающий специфику российских условий (приро дно-техногенные, техническую оснащенность, существующие потоки информации).

2. Система прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, объединяющая известные и ряд новых модификаций методов расчетов (упрощенная двумерная модель для расчета начального перемешивания на нестационарный сброс; использование метода функций связи и вид самих функций для учета транзитных свойств водохранилищ и застойных зон в масштабах бассейна и для решения проблемы трансграничного переноса загрязнений) и разработанная в виде комплекса согласованных компьютерных программ с дружественным интерфейсом пользователя.

Структура информационной базы для системы прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, ориентированная на использование в сети речной безопасности.

Практическая значимость, реализация результатов работы.

Разработанные на основе выработанных подходов и требований системы моделирования переноса загрязняющих веществ при аварийных сбросах использовались и используются для оценки состояния и прогнозирования последствий аварийных сбросов в водный объект, для оперативного реагирования на аварийную ситуацию и принятия адекватных мер по защите водного объекта, населения, ограничению и ликвидации ущерба в Нижне-Обском (для бассейна реки Туры), Вельском (для бассейна реки Белой), Южно-Уральском (для бассейна реки Миасс) бассейновых водохозяйственных управлениях, Оренбургском комитете по охране природы (для бассейна реки Урал) и при разработке Федеральной Целевой Программы «Защита Приморского Края от наводнений» (бассейны рек Партизанская и Раздольная).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Шагалова, Наталья Нафигулловна

Выводы

В данной главе описаны примеры реализации системы расчета переноса загрязнений при аварийном сбросе для ряда рек Уральского региона и Приморья. На различных примерах были реализованы и прошли апробацию все методики, описанные в главе 3, включая моделирование транзитных свойств водохранилищ (р.Миасс в Челябинской области) и проблему трансграничного переноса (р. Тура в Тюменской области). Сравнение измеренных и вычисленных результатов, проведенных для р. Урал по данным мониторинга фенольного сброса, показала удовлетворительную точность прогноза (порядка 30% по определению максимальных значений концентрации примеси и 10% по временам переноса), совпадающую с оценками, полученными для моделей в реально действующих СРБ в натурных экспериментах с красителями.

Предложен также упрощенный вариант системы, в котором мы не используем картографического интерфейса, в результате чего система для базового подхода приобретает «универсальный» характер и может быть использована для бассейнов рек простой структуры с привязкой только на базе фактических данных (осуществляемой программой РСЖМОАМ) самим пользователем без участия разработчиков. лу. . ! ::: . ■ . -ТимеНСКДЯ РЁЛ . Покровскпеф <

УУ/^ Й ш Л 8 -¡1 у>ЬЙ . !,! 3. ,('■? 1А Л ' Л ¡',"."'.■'1 \Щ Г1»-» .:■> Ч--Г.1 !) ^ Л Ч!"ТЯ>! > » А I ■ П Т И.«* Гц" ■ ? . 1} ¡5. ■ Ь -1 1 » ( '., . ! -Ш! ■} .'.14- ■■>;). 1 .г«! <ГК ; ! » Л. ;? г-с ! ' ,1! 1 & »'1. Г" Г - С'"! 1 3 2 1

Рис.4.4. Выбор предприятия - загрязнителя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В основу методики положена квазиодномерная модель с разумным сочетанием детальных и упрощенных методов расчета с целью достижения максимальной эффективности, как с вычислительной, так и с точки зрения затрат на реализацию, калибровку модели, эксплуатацию и обучение персонала. Методика обеспечивает необходимый уровень точности и надежности расчетов, адекватный точности исходных данных. Элементы методики отбирались как из числа известных и апробированных, предложен также ряд новых модификаций. К числу последних относятся: -упрощенная двумерная модель для расчета начального перемешивания; -использование метода функций связи для расчета транзитных свойств водохранилищ и застойных зон в водотоках и для решения проблемы трансграничного переноса. Все использованные методы объединены в единую модель специальными вычислительными приемами.

Система реализована в виде комплекса согласованных компьютерных программ с дружественным интерфейсом пользователя, обеспечивающим эффективную работу пользователя в процессе экспертной оценки сценариев развития аварийной ситуации, а также работу с базой данных системы. Система работает в условиях недостаточности морфометрической, гидравлической информации на минимально возможной базе данных, заданной в системе разумно выбранных опорных створов. Предложено несколько вариантов реализации интерфейса с использованием различных уровней визуализации процессов переноса и средств контроля действий пользователя.

Система реализована и апробирована на ряде бассейнов рек Уральского региона (реки Урал, Белая, Тура, Миасс) и Приморского Края (реки Партизанская и Раздольная). В результате апробации и тестирования системы было выяснено, что основным источником ошибок расчета являются ошибки задания исходных данных, а не ошибки самих методик и алгоритмов. Для увеличения точности расчетов переноса примеси необходима тщательная калибровка и привязка моделей к реальным условиям системы водотоков. Оценки реально достижимой точности расчетов (порядка 30% по определению максимальных значений концентрации примеси и 10% по временам переноса) совпадают с оценками, полученными для моделей в реально действующих СРБ в натурных экспериментах с красителями.

Библиография Диссертация по географии, кандидата технических наук, Шагалова, Наталья Нафигулловна, Екатеринбург

1. Косолапов А.Е. Совершенствование процесса управления водными ресурсами бассейна реки на основе автоматизированных информационно-советующих систем. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Екатеринбург, 1996. - с.367.

2. Лепихин А.П. Эколого-гидрологические аспекты прогнозирования последствий и нормирования сброса сточных вод в водные объекты. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук, М., 1995. с.47.

3. Лепихин А.П., Гельфенбуйм И.В., Садохина Е.Л. Техногенные аварии в проблеме комплексных оценок техногенных воздействий на поверхностные водные объекты // Международный симпозиум SPV-95, Москва-Пермь, 15-21 сентября 1995 г. с.34-35.

4. Садохина E.J1. Программный комплекс по прогнозированию и нормированию техногенных воздействий на водные объекты. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Пермь, 1998. с. 119.

5. Лосев К.С., Горшков В.Г., Кондратьев В.А. и др. Проблемы экологии России. М., ВИНИТИ, 1993. 229 с.

6. Минаев Е.В., Кулаков Е.С. Экологические проблемы нефтяной промышленности России и некоторые подходы к их решению по опыту Всероссийских учений // Трубопроводный транспорт нефти, №9, 1995, с.31-32.

7. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М. Экология. Нефть и газ. М., Наука, 1997. 598 с.

8. Давиденко Н.М. Проблемы экологии нефтегазоносных и горнодобывающих регионов Севера России. Новосибирск, Наука, 1998. -224.

9. Быковский В.А. Экологические вопросы при разработке нефтяных месторождений Крайнего Севера. Екатеринбург., 1999. 112 с.

10. Баренбойм Г.М., Шульженко П.Ф., Галкин A.B., Поляков Ю.М. Автоматизированные системы раннего обнаружения и мониторинга аварийного разлива нефти на водных объектах. Основные научные и технологические принципы. -М.: Саров, 1998,- 107 с.

11. Снищенко Б.Ф., Клавен А.Б., Теплов В.И. Учения «Омск-95» на гидравлической модели р.Иртыш // Трубопроводный транспорт нефти. -1995. №9 - с. 33-38.

12. Бассейновое соглашение: концепция, состав, сопровождение // Черняев A.M., Асонов A.M., Прохорова Н.Б.; РосНИИВХ. Екатеринбург, 1995. - 16 с.

13. Черняев A.M., Дальков М.П., Шахов И.С., Прохорова Н.Б. Бассейн. Эколого-водохозяйственные проблемы, рациональное водопользование // РосНИИВХ. Екатеринбург: Изд-во «Виктор», 1995. - 365 с.

14. Черняев A.M., Прохорова Н.Б., Поздина Е.А. и Логинова Л.И. Проект Бассейнового Соглашения по р.Туре, Екатеринбург, 1994.

15. The Rhine, an Ecological Revival, International Commission for the Protection of the Rhine, Koblenz, 1994, p. 55.

16. Alarmmodell Rhein. Ein Modell fur die operationelle Vorhersage des Transportes von Schadstoffen im Rhein: IKSR/KHR Expertengruppe, Bericht Nr. 1-12 der KHR, 1993, p. 122.

17. Rheinalarmmodell. Version 2.0: IKSR/KHR Expertengruppe, Bericht Nr. II-4 der KHR, 1991, -p. 131.

18. Kiimmer.S. et al. Water supply and spill response management for the

19. Mississippi river upstream of the Twin Cities. US Army Corps of Engineers, St.Paul District, 1993, p. 119.

20. REMM: Riverine Emergency Management Model, User Manual and Program Documantation, Pomerlean R., ver.2.0, US Army Corps of Engmeers, St. Paul, 1993, p. 43.

21. Hans Hartong and AEWS Sub-Group of the Task-Force, The Danube Accident Emergency Warning System. EWPCA Journal, V.4, number 4, 1994, p.41-44.

22. Taylor G.I. Eddy motion in the atmosphere // Phil. Roy. Soc., A215, 1915 p. 1-25.

23. Schmidt W. Der Massenaustausch bei der ungeordneten Strumung in freier Luft und seine Folgen // Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien.- Math.-nat. Kl. (2a)- 126, N6, 1917 s. 757-804.

24. Васильев О.Ф., Воеводин А.Ф. Математическое моделирование качества воды в системах открытых русел. ■// Динамика сплошной среды. 1975. - Вып.22 - с.73-88.

25. Васильев О.Ф., Еременко Е.В. Моделирование трансформации соединений азота для управлением качеством воды в водотоках. // Водные ресурсы. 1980. -№ 5 - с. 110-117.

26. Веницианов Е.В., Кудряшова Ж.Н. Математическая модель распространения в реке гетерофазных компонентов // Водные ресурсы. -1980. -№2-с.86-91.

27. Воеводин А.Ф., Шугрин С.М. Численные методы расчета одномерных систем. Новосибирск, Наука, 1981. - 208 с.

28. Воеводин А.Ф., Овчарова А.С. Численное решение задачи о качестве воды в открытом русловом потоке. // Водные ресурсы. 1977. - № 4 -с. 172-178.

29. Галкин Л.М. Задачи при построении математических моделей самоочищения водоемов и водотоков // Самоочищение и диффузия во внутренних водоемах. Новосибирск, 1980. - с.7-47.

30. Гиргидов А. Д. О параметрах, входящих в уравнение диффузии с конечной скоростью // Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами, 1975, Вып. 2. с. 112-116.

31. Гиргидов А.Д. Расчет разбавления сточных вод в реках и каналах // Проблемы охраны и рационального использования природных ресурсов -Л., 1976. с. 84-89.

32. Гиргидов А.Д. Уравнение диффузии с конечной скоростью в двух- и трехмерном пространствах // Изв. АН СССР.Физика атмосферы и океана, 1981, Т. 10, № 1. с. 91-93.

33. Еременко Е.В. К расчету распространения пассивной примеси в неустановившемся потоке // Проблемы охраны вод, 1972, Вып. 1. с. 5867.

34. Еременко Е.В. Определение коэффициента продольной дисперсии в открытом потоке // Динамика и термика рек и водохранилищ, М., 1984-с. 61-71.

35. Канторович В.К. Численные расчеты распространения консервативных примесей в неустановившихся речных потоках // Водные ресурсы, 1986, №5.-с. 93-102.

36. Караушев A.B. Модель распространения растворенных веществ в проточном водоеме // Труды ГГИ, 1986, вып. 319, с. 21-29.

37. Кудряшова Ж.Н. Численный метод решения задачи о качестве воды в реках // Водные ресурсы, 1977, № 3. с. 27-33.

38. Kv/тряшова Ж.Н. Численный метод решения задачи о распространении консервативной примеси в водотоке // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1978, Т. 18, № 6. с. 1549-1560.

39. Расчет разбавления сточных вод в реках Урала: Метод, рекомендации. -Свердловск, 1976. 16 с.

40. Рогунович В.П. Автоматизация математического моделирования движения воды и примесей в системах водотоков, JL: Гидрометеоиздат, 1989,- 264 с.

41. Рогунович В.П., Войтеховская Э.А. Экспериментальные исследования переноса примесей при нестационарном движении воды // Комплексное использование водных ресурсов, М., 1975, Вып. 3, с. 154-162.

42. Рогунович В.П. Определение приведенного коэффициента шероховатости // Метеорология и гидрология, 1986, № 3, с. 81-88.

43. Родзиллер И.Д. Прогноз качества воды водоемов приемников сточных вод, М.: Стройиздат, 1984. - с.263.

44. Хубларян М.Г. Водные потоки: модели течений и качества вод суши. М.: Наука, 1991. 191 с.

45. Основы прогнозирования качества поверхностных вод // Фальковская J1.H., Каминский B.C., Пааль Л.Л., Грибовская И.Ф. М., Наука, 1982. -182 с.

46. Пааль JI.JL, СууркаскВ.А. Определение коэффициентов дисперсии и турбулентной диффузии // Материалы V Всезоюзного научного симпозиума по современным проблемам самоочищения и регулирования качества воды, Таллинн, ноябрь 1975 г., 1-я секция. -с. 140-145.

47. Войтеховская Э.А., Рогунович В.П., Скрипко М.И. К разработке математической модели переноса примесей естественными водотоками. // Комплексное использование водных ресурсов. 1974. - Вып. 2с. 149-155.

48. Лаптев Н.Н. Расчеты выпусков сточных вод. М., Стройиздат, 1977. -88 с.

49. Математические модели для расчета динамики и качества сложных водных систем // Добровольская З.Н., Епихов Г.П., Корянов П.П., Моисеев Н.Н.-Водные ресурсы, 1981, №3 с. 33-51.

50. Монин А.С. О диффузии с конечной скоростью // Изв. АН СССР, сер. геофиз., № 3, 1995. с. 234-248.

51. Николаев И.А. Математические модели гидрофизики водоемов // Математическое моделирование, М., т. 9, № 2, 1997. с. 46-52.

52. Орлов А.С., ДолгополоваЕ.Н. Речные течения, структура распространения примесей, влечение наносов // Воды суши: проблемы и решения., М., ИБП РАН, 1994. с. 250-266.

53. Кюнж Ж.А., Холли Ф.М., Вервей А. Численные методы в задачах речной гидравлики, М., Энергоатомиздат, 1985, 256 с.

54. Мак-Доуэлл Д.М., Коннор Б.А. Гидравлика приливных устьевых рек // Пер. с англ.- М., Энергоатомиздат, 1983. 312 с.

55. Шойгу С.К., Воробьев В.А., Владимиров В.А. Катастрофы и государство. М., Энергоатом, 1997. 159 с.

56. Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод // Под ред. А.В.Караушева. -Л.,Гидрометеоиздат, 1987. -286 с.

57. Gils,J.A.G. van Modeling of accidental spill as a tool for river management, Delft Hydraulics,, The Netherlands, No.431, 1990. p.218.

58. Методика прогнозной оценки загрязнения открытых водоисточников аварийно химически опасными веществами в чрезвычайных ситуациях. М, ВНИИ ГОЧС, 1996. 37 с.

59. Clark,R.M., Vicory,A.H., Goodrich,J.A. The Ohio river oil spill: A case study. // J.Am.Wat. Wks Ass., 3, 1990. p.39-44.

60. Топников B.E., ВавилинВ.А. Сравнительная оценка математических моделей самоочищения рек// Водные ресурсы, № 2, 1992, с. 59-75.

61. Справочник по гидрохимии. Под ред. Никанорова A.M. Л., Гидрометеоиздат, 1989, 404 с.

62. Попов А.Н. Прогноз и регулирование качества поверхностных вод. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Екатеринбург, 1996. с.

63. Богогосин AT., Каплин В.Т. Изучение процессов трансформации нефтепродуктов в природных водах. // Гидрометеорология. Серия: Загрязнение и охрана окружающей среды. Обзорная информация. Вып. 1, 1979.-с. 1-27.

64. Стокер Х.С., Сигел С. Л. Загрязнения органическими веществами (нефть, пестициды, СПАВ). // В кн. Химия окружающей среды. Пер. с англ. М. Химия, 1982.

65. Каплин В.Т. Превращение органических веществ в природных водах. Автореферат на соискание ученой степени доктора химических наук. Иркутск, 1973, 46 с.

66. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей, Т.1, М.:Мир, 1991.-с.

67. Гельфанд И.М., Шилов Г.Е. Обобщенные функции и действия над ними, М., Физматгиз, 1959.81. van Mazijk, Albertus. One-dimensional approach of transport phenomena of dissolved matter in rivers. Technical University Delft, 1996. — p.310.

68. Государственный Доклад о состоянии окружающей природной среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области в 1997 году. Екатеринбург: Аэрокосмоэкология, 1998.269 с.

69. Государственный Доклад о состоянии окружающей природной среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области в 1998 году. Екатеринбург: Аэрокосмоэкология, 1999. -272 с.

70. Андреев М.И., Булатов Р.В. Современное состояние мониторинга водных объектов в зонах потенциальных аварийных разливов нефти //

71. Тезисы докладов 5-го Международного симпозиума «Чистая вода России-99», Екатеринбург, 13-17 апреля 1999 г. с. 171-172.

72. Мокроусова З.И., Ованесянц A.M., УспинА.А., Кямкин A.M., Соколова Т.А. Государственный мониторинг поверхностных вод суши в России // Тезисы докладов 5-го Международного симпозиума «Чистая вода России-99»,Екатеринбург,13-17 апреля 1999 г.-с.210-211.

73. МРСА 1990 Minnesota Pollution Control Agency. Protecting the Mississippi River: A Blueprint for Spill Prevention and Preparedness. St. Paul, Minnesota, 1990,- 79 p.

74. Oil Spill Response Comes of Age. The Magnavox Electric Systems Company demonstrates the Oil Spill Response Management System // ESRI ARC News, Winter 1994/95, Vol. 16, No.4, p. 1-3

75. K. Fedra Models, GIS and expert systems: integrated water resources models // IAHS Publ. no. 211, 1993, p. 297-308.

76. Molenaar A, Bleuten W, Zeylmans M.J., van Leeuwen N.F.M. Application of GIS in determining sources and loads of pollutants transported by regional rivers into The Netherlands // IAHS Publ. no. 211, 1993, p. 519-530.

77. Яшин B.H. Исследование плана течений и процессов переноса в водоемах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, МГМИ, 1977. с. 113.

78. Лятхер В.М., Милитеев А.Н., Яшин В.Н. Исследования численными методами распространения примеси в неглубоких водоемах. // Водные ресурсы, №4, 1979, с. 152-161.

79. Быстров А.В., Клименко О.А. К вопросу определения коэффициента продольной дисперсии в турбулентных потоках // Водные ресурсы, №5, 1990, с. 174-177.

80. Караушев А.В. Речная гидравлика, JL: Гидрометеоиздат, 1969. с.416.

81. Латышенков A.M. Сравнение различных формул для определения коэффициентов Шези // Гидротехническое строительство, 1973, № 7 с. 32-36.

82. Тимофеева С.С., Бейм А.М. Роль макрофитов в обезвреживании фенолов. // Водные ресурсы, № 1, 1992, с. 89-94.

83. Леонов А.В. Математическое моделирование процессов биотрансформации веществ в природных водах // Водные ресурсы, №5, 1999, с. 624-630.

84. Самарский А.А. Теория разностных схем, М., Наука, 1983, 615 с.

85. Самарский А.А,.Гулин А.В. Устойчивость разностных схем, М., Наука, 1973, 415 с.

86. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики, М.: Наука, 1972. с.735.

87. Бугковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами // Справочное пособие, М., Наука, 1979

88. Dreiss, S.J. Régional scale transport in a karst aquifer. Wat. Resour. Res., 1989, 25, 126-134.

89. Тихонов A.H., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М., Наука, 1974, 224 с.

90. Самарский А.А., Лазаров Р.Д., Макаров В.Л. Разностные схемы для дифференциальных уравнений с обобщенными решениями, М., Наука, 1987.

91. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. -Л., Химия, 1985.-527 с.

92. Зенин А.А., Сергеева О.В., Земченко Г.Н. Коэффициенты превращения (распада) загрязняющих веществ в воде // Обзорная информация ВНИИГМИ-МЦД, вып. 1, 1977. с.94-105.

93. Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М., Изд-во Комитета Российской Федерации по рыболовству, 1995, 220 с.110

94. Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные объекты И Министерство природных ресурсов РФ. М., 1998. - 19 с.

95. Фаддеев В.В., Клименко O.A., Тарасов М.Н., Семенов И.В. Натурные исследования процессов смешения и разбавления сточных вод в реках. -Гидрохим. мат-лы, 1969, т. 50, с. 134-141.

96. Tennant, P.A. and Betscher, L.H. Improving strategies for chemical spills // Water Engineering & Management, 137 (10), 1990. p. 32-34.

Информация о работе

Шагалова, Наталья Нафигулловна
кандидата технических наук
Екатеринбург, 2000
ВАК 11.00.11

Диссертация

Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности - тема автореферата по географии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы