Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Уточненная оценка загрязнения воздушного бассейна промышленно развитого региона с учетом снежного мониторинга

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

Автореферат диссертации по теме "Уточненная оценка загрязнения воздушного бассейна промышленно развитого региона с учетом снежного мониторинга"

На правах рукописи

ОД

МАКСИМОВА Наталия Викторовна

УТОЧНЕННАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ПРОКЫШПЕННО РАЗВИТОГО РЕГИОНА С УЧЕТОМ СНЕЖНОГО

МОНИТОРИНГА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды

и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2000

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Н.М. Качурин

доктор технических наук, доцент Л.Э.Шейнкман

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.А. Фатуез

кандидат технических наук C.B. Людкевич

Ведущая организация:

Московский государственный горный университет (МГГУ)

Защита диссертации состоится 2-3 _¿¿ЯШЛ_ 2000 г.

в Ш часов на заседании диссертационного совета Д 063.47.06 в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан __¿¿tzz_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета докт. техн. наук, профессор

В.В. Ветров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время контроль загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории осуществляется путем экспериментальных замеров концентраций веществ в приземном слое атмосферы. Эти замеры позволяют выявить «мгновенные» (за период 20 минут) концентрации вредных веществ в воздухе. Приземные концентрации зависят от количества выбрасываемых веществ, высоты источника, параметров струи выбрасываемых газов и метеорологических условий. Для получения достоверных данных о максимальных и средних концентрациях веществ в воздухе необходимо провести очень большое число измерений. Это может быть выполнено путем создания разветвленной сети постов по контролю чистоты атмосферного воздуха на исследуемой территории. Эпизодические замеры концентраций вредных веществ в воздухе не дают полной картины загрязнения территории выбросами от источников и не позволяют оценить с достаточной точностью массу вредных веществ, выбрасываемых из этих источников.

Для расчета максимальных приземных концентраций вредных веществ в настоящее время применяется методика ОНД-91, утвержденная Госкомгидрометом. На основании этой методики различными институтами разработаны программы расчета рассеивания веществ на ЭВМ. Программы расчета позволяют определить значения максимальных концентраций веществ при наиболее опасных скоростях ветра и построить карты изолиний возможных концентраций веществ в приземном слое атмосферы вокруг источников выбросов, а также произвести расчет средних концентраций веществ в приземном слое атмосферы за определенный период с учетом "розы ветров". Однако при инвентаризации источников могут быть не учтены неравномерность выделения вредных веществ, отказы пылегазоочистных аппаратов и т.д., что может в десятки раз снизить расчетные показатели загрязнения территории.

Расчетные значения интенсивности выпадения сульфатов и нитратов отличаются от измеренных по загрязнению снежного покрова от 10-50% до 200% и даже 900%. Резкое отличие расчетных и измеренных значений интенсивности выпадения сульфатов и нитратов объясняется, вероятно, не только неточностью исходных данных инвентаризации выбросов, неучетом дополнительных низких источников, но и несовершенством используемых моделей.

Целью работы является установление новых и уточнение известных закономерностей загрязнения снежного покрова

выведением загрязнителей из атмосферы для более достоверной оценки состояния воздушного бассейна территории, подверженной воздействию выбросов вредных веществ промышленных предприятий.

Идея работы заключается в том, что повышение достоверности оценок состояния воздушного бассейна обеспечивается адекватными моделями теории нечетких множеств и использованием данных о загрязнении снежного покрова исследуемой территории, позволяющих с достаточной точностью определять суммарное выпадение веществ в любой точке территории за дли-

тел ьный_з^ний_период._______________________________________

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планами межрегиональных научно-технических программ "Прогноз", "Экологически чистое горное производство" и Федеральной целевой программы "Интеграция".

Основные научные положения работы заключаются в следующем:

достоверная оценка выбросов загрязнителей в атмосферу может быть осуществлена только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями, отражающими связь образования пылегазовых выбросов с данными загрязнения снежного покрова, и использовании единой согласованной системы инвентаризации источников загрязнения атмосферы на территории промышленно развитого региона;

принятие решений при оценке экологической ситуации в условиях неопределенности эффективно реализуется экспертным методом на основе теории нечетких множеств.

Новизна основных научных и практических результатов: разработаны методические положения оценки загрязнения атмосферы, отличающиеся тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных;

проведена инвентаризация источников загрязнения атмосферы на нескольких крупных промышленных предприятиях г. Тулы, позволившая разработать проекты нормативов ПДВ с учетом перспективных планов реализации мероприятий по снижению пылегазовых выбросов и текущего контроля эффективности этих действий с использованием информационной технологии;

разработаны методические положения и математические модели для расчетов интенсивности выпадения веществ от нескольких источников по данным загрязнения снежного покрова;

обосновано применение разработанной методики для ориентировочных расчетов при минимальном числе анализируемых

проб снега;

разработаны математические модели для оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу на основе аппарата теории нечетких множеств, позволяющие повысить эффективность принятия решения за счет базы данных, дополненной информацией о загрязнении снежного покрова.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической физики и современных достижений вычислительной техники;

достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований интенсивности образования пылегазовых выбросов в атмосферу;

удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу (в среднем отклонения не превышали 30 %).

Практическое значение работы заключается в том, что разработан единый подход к инвентаризации выбросов загрязнителей в атмосферу расчетным методом. Разработаны математические модели образования пылегазовых выбросов в зависимости от данных загрязнения снежного покрова, что повышает эффективность САПР экологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Разработаны комплексы математических моделей для уточненной оценки интенсивности выпадения веществ от источников загрязнения, что позволяет более объективно определять вклад предприятий в загрязнение.

Реализация работы. Разработанные методические положения оценки воздействия предприятий на воздушный бассейн были использованы на промышленных предприятиях г. Тулы, аналитической группой Тульского областного общества по охране природы и позволили получить достоверные оценки предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу, а также разработать комплекс эффективных технических мероприятий по контролю за выбросами. Основные научные и практические результаты были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу "Промышленная экология. Защита биосферы" для студентов специальности 320700 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г.Тула, 1996 - 2000 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г.Тула, 1996 - 2000 гг.), на 1-й Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г.Тула, 1996 г.), на 2-й Международной конференции по экологическому образованию^Между_школой_и_ _____университетом"-(г.Тулаг1996"г.)Гна'1:й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы" (г.Тула, 1997 г.), на научно-практической конференции, посвященной 50-летию образования Тульского областного общества охраны природы (г.Тула, 1997 г.), на научных чтениях "Белые ночи" (г.Санкт-Петербург, 1997 г.), на 2-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы" (г.Тула, 1998 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований имеется 9 публикаций.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, изложенных на 248 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 23 иллюстрации, приложение из 9 таблиц и 22 иллюстраций, список литературы из 139 наименований.

Автор диссертационной работы выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Э.М. Соколову за постоянную методическую помощь и ценные консультации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработка научно обоснованных программ долгосрочного планирования мероприятий, направленных на сокращение выбросов отдельных источников, развитие методов и средств контроля и управления качеством окружающей среды неразрывно связаны с прогнозированием загрязнения атмосферного воздуха. Целью такого прогнозирования является определение возможного скопления в воздушном бассейне контролируемого объекта массы вредных примесей, представляющих угрозу для здоровья людей, а также указание адреса управляющего воздействия, определение источников, выбросы которых необходимо регулировать в

данный момент времени для ограничения загрязнения, предупреждения его критического уровня.

Фундаментальные и прикладные аспекты проблемы математического моделирования загрязнения воздуха сформулированы в работах М.Е. Берлянда, Ю.А. Анохина, А.Х. Остромогильского, Н.Л. Бызовой, О.Г. Сеттона, Г.И. Марчука, A.B. Примака и др. Однако в этих исследованиях практически не затрагивается такой важный вопрос, как изучение закономерностей техногенных эмиссий загрязнителей в атмосферу.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по изучаемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач:

1. Изучить структуру и содержание существующей базы данных об уровне техногенных воздействий на атмосферу, выполнить анализ и обобщить государственную статистическую отчетную документацию о загрязнении атмосферы, а также исследовать источники загрязнения атмосферы промышленных предприятий Тульской области.

2. Обосновать принципиальную структуру и предметное содержание базы данных, характеризующей состояние атмосферы на территории Тульской области и разработать типовой модуль структурно-функциональной схемы обмена информацией для территорий промышленно развитых субъектов федерации.

3. Разработать комплекс математических моделей образования пылегазовых выбросов. Разработать комплекс программных средств на базе современного математического обеспечения, провести вычислительные эксперименты, усовершенствовать структурные и функциональные принципы атмосферного мониторинга на основе достижений информационных технологий.

4. Обобщить экспериментальные и теоретические исследования, установить новые и уточнить существующие закономерности выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и образования пылегазовых загрязнителей на промышленных предприятиях.

5. Разработать новые методические положения оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу, используя современный аппарат теории нечетких множеств в экспертных системах поддержки принятия решения с привлечением базы данных, дополненной информацией о загрязнении снежного покрова на исследуемой территории.

В нашей стране в санитарно-гигиенической практике для суммарной оценки загрязнения применяется метод, заключающийся в классификации отдельных загрязнителей по степени токсичности в зависимости от длительности воздействия концентра-

ций (разовых, среднесуточных, среднемесячных, среднегодовых). Опасность фактического загрязнения оценивается по 4 степеням (допустимая, вызывающая опасения, опасная и чрезвычайно опасная), границы которых зависят от класса опасности, времени осреднения фактических концентраций и коэффициента превышения значений ПДК.

Суммарный индекс опасности по указанному методу учитывает лишь эффект суммирования и игнорирует влияние метеофакторов. В гидрометеорологии используется обобщенный показатель, характеризующий уровень загрязнения в городе, который связан с метеопараметрами и со средними концентрациями загрязнителей,- но характеризует в основном общую" неблагоприятную метеообстановку. При его расчете смешиваются сведения о многих загрязнителях, характерных для различных районов города, относящихся к различным классам опасности и попадающих в атмосферу различными путями. Кроме того, показатель не изменяется пропорционально загрязнению: две ситуации с одинаковым числом превышений ПДК и разными концентрациями могут быть оценены одной и той же величиной показателя, большему загрязнению может соответствовать меньшее значение показателя.

Большое количество ингредиентов в выбросах предприятий затрудняет проведение сравнительного анализа данных. Все вещества были разделены на две группы, как это делается в официальной статистике, общих и специфических выбросов. К группе общих загрязнителей относятся: твердые вещества, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксиды азота, углезодороды без летучих органических соединений.

Данные Центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора в Тульской области свидетельствуют о снижении уровня загрязнения воздуха в регионе (рис.1). Однако в промышлен-но насыщенных районах этот уровень остается достаточно высок.

Наибольшее число промышленных предприятий, дающих около 92% всех выбросов, расположено в Алексинском, Суворовском, Ефремовском, Новомосковском, Узловском, Щекинском районах и в г. Туле.

Для контроля вредного воздействия промышленных источников на окружающую среду в работе использованы данные о загрязнении снежного покрова исследуемой территории. Этот метод разработан институтом прикладной геофизики им. акад. Е.К. Федорова и в настоящее время является единственным, позволяющим с достаточной точностью определить суммарное выпадение веществ в любой точке территории за длительный (до 110 дней) зимний период.

Всего по области Тула

Алексинский район Ефремовский район Новомосковский район -•—Суворовский район —1— Узловской район -Щекинский район

с^ «¡Р

Рис.1. Динамика выбросов загрязнителей в атмосферу на территории Тульской области

В г. Туле основным источником загрязнения атмосферного воздуха является акционерная компания "Тулачермет", расположенная в восточной части города.

Для сравнения выпадения веществ от АК "Тулачермет" и от тепловых электростанций (Черепетской ГРЭС (г. Суворов), Новомосковской ГРЭС, Алексинской ТЭЦ, Ефремовской ТЭЦ и Щекин-ской ГРЭС) были отобраны и проанализированы пробы снега по маршрутам: г. Тула - г. Суворов; г. Тула - г. Новомосковск; г. Тула - г. Алексин; г. Тула - г. Ефремов.

По методике ОНД-86 были проведены расчеты рассеивания вредных веществ от АК "Тулачермет". В качестве исходных данных были взяты повторяемости направлений ветра и параметры источников выбросов за 1988 год, так как в этот период проводились замеры загрязнения снежного покрова на территории г. Тулы и есть возможность сравнения расчетных и экспериментальных данных.

Результаты расчетов максимальных приземных концентраций У205, СгОз и ЭОг приведены в табл. 1 и 2. Наибольшая концентрация этих веществ наблюдается на расстоянии 75-^2100 м от источников выбросов. С увеличением расстояния концентрация Х/205 уменьшается.

Для сравнения экспериментальных и расчетных данных была построена карта загрязнения территории вокруг АК

"Тулачермет" сульфатами.

Таблица 1

Номер Выбрасывае- Опасная Расстояние на Макси-

источни- мое вещество скорость котором отме- мальная

ка ветра, м/с чается макси- концен-

мальная кон- трация,

центрация, км мг/м3

1 S02 4,5 2,1 0,14

120 V205 0,66 0,075 0,027

Cr03 0,017

-----121 — v2o5------ 1,52 0,62 0,012

С Юз 0,008

125 V205 1,4 0,72 0,012

Сг03 0,0002

131 v2o5 1,2 0,82 0,004

СгОз 0,005

Таблица 2

Номер источника Выбрасываемое Концентрация веществ См, мг/м3 на расстоянии L, км

вещество 1 2 3 4 5 10

1 S02 0,15 0,14 0,13 0,11 0,10 0,05

120 v2o5 0,002 0,0005 0,0003 0,0001 0,0001 0

Cr03 0,0012 0,0003 0,0001 0 0 0

121 v2o5 0,0100 0,0060 0,0030 0,0020 0,0010 0,0003

Cr03 0,0064 0,0038 0,0019 0,0016 0,0006 0,0002

125 V205 0,0110 0,0100 0,0090 0,0080 0,0070 0,0030

Cr03 0,0002 0,0002 0,0001 0,0001 0,0001 0

131 V205 0,0038 0,0034 0,0030 0,0025 0,0018 0,0010

СгОз 0,0045 0,0040 0,0035 0,0030 0,0021 0,0012

Сум- v2o5 0,0268 0,0199 0,0153 0,0126 0,0088 0,0043

марное количество Cr03 0,0123 0,0083 0,0056 0,0048 0,0028 0,0014

На основании расчетов построена карта-схема интенсивности выпадения пятиокиси ванадия в снежный покров от АК "Тулачермет".

Полученные карты-схемы подтверждают достоверность приведенной ниже методики расчета выпадения пыли на исследуемой территории.

Интенсивность выпадения пыли на поверхность земли определяется по формуле

и = 86400-Спр (1)

где и - интенсивность выпадения пыли на поверхности земли из воздуха, кг/(км2 сут); Спр - приземная концентрация пыли, мг/м3; ув - скорость выпадения пыли, м/с.

Приняв скорость выпадения пыли обратно пропорциональной расстоянию от источника

и = 86400- Спр (2)

где Я - расстояние от источника выброса до точки, где определяется интенсивность выпадения пыли, км; уВ1 - скорость выпадения пыли на расстоянии 1 км от источника, м/с.

Принимаем скорость выпадения на расстоянии 1 км ув1=0,1

м/с.

По формуле (2) интенсивность выпадения пятиокиси ванадия на расстоянии 1 км составляет

1>у2о5 = 86,4 • 103 • 0,0286 • у = 230 кг/(км2 • сут), на расстоянии 10 км ^2о5 =3,7кг/(км2 -сут).

Среднее значение интенсивности выпадения пыли от источника выброса за исследуемый период с учетом розы ветров можно определить по формуле:

иср=86400.Спр-^.^, (3)

К А<ЗИМ

где Дветр - повторяемость направления ветра от источника выброса; Дэим - число дней, за исследуемый зимний период.

Если на территории находятся несколько промышленных ис-

точников и поля выпадения веществ накладываются друг на друга, то задача значительно усложняется.

После определения концентраций веществ в снежных пробах, строятся графики зависимости суммарной интенсивности выпадения веществ от расстояния между двумя источниками.

В соответствии с разработанным алгоритмом графики зависимостей интенсивности выпадения веществ от 1-го и 2-го источника показаны на рис.2. Расчетный и теоретический графики практически совпадают.

Рис.2. Зависимость интенсивности выпадения веществ от первого и второго источников

Объем экспериментальных замеров для точного выявления источников выбросов и оценки степени загрязнения территории является сравнительно большим (для каждого источника необходим анализ не менее 40 снежных проб).

Для ориентировочных расчетов массы выпадения веществ на территорию вокруг источника предлагается использовать данные снегомерного маршрута в одном из главных направлений от источника по розе ветров за зимний период.

Интенсивность и масса вещества, выпадающего на всю территорию источника, согласно «розе ветров», за сутки определяются соотношениями (4) - (7).

Для первого (исследованного) направления

для /'-го расчетного

где иы - расчетное значение интенсивности выпадения вещества • на расстоянии х,- от источника в /'-ом направлении, кг/(км2-сут); ирЛ - известное значение интенсивности выпадения вещества вблизи источника в направлении си, кг/(км2-сут); В-1 - процент числа дней за исследуемый период (по розе ветров), когда ветер был направлен в сторону он, %; В,- - процент числа дней, когда ветер был в расчетном /-ом направлении, %; Я.1 - показатель экспоненты в направлении си, 1/км; х,- - расстояние от источника в /'-ом направлении.

Масса вещества, выпадающая на площадь расчетного сектора

Ориентировочное значение суммарной массы вещества, выпадающей на всю территорию вокруг источника согласно розе ветров, за сутки

лЧ-ЕяКаЦр1а' -25т1/<"У (7)

По полученным значениям М-еор можно сравнивать различные источники по мощности выбросов вредных веществ.

Полученные расчетом на ЭВМ поля распределения сернистого ангидрида и оксидов азота от ГРЭС и ТЭЦ Тульской области приведены в приложении диссертации. Расчеты проводились при одном направлении и различных скоростях ветра.

Предварительные расчеты выпадения нитратов от тепловых электростанций показали, что расчетные значения интенсивности в значительной степени ниже измеренных. Поэтому при построении карт загрязнения территории вокруг ТЭЦ и ГРЭС нитратами расчетные значения концентрации Ы02 были увеличены в 20 раз.

Резкое отличие расчетных и измеренных значений выпадения нитратов объясняется, вероятно, заниженными расчетными значениями концентраций N02 а газах, выбрасываемых из труб ТЭЦ и ГРЭС, или ошибочной методикой расчета рассеивания N¿>2

в атмосферном воздухе.

Методика расчета рассеивания сернистого ангидрида от ТЭЦ и ГРЭС является более точной и отличие расчетных и измеренных значений интенсивности объясняется не совсем точными данными по средним концентрациям сернистого ангидрида, выбрасываемого из труб тепловых электростанций.

Значительный разброс расчетных и экспериментальных значений выпадения сульфатов и нитратов на территории вокруг тепловых электростанций может быть объяснен несовершенством методики расчета рассеивания веществ от высоких источников, а также методики расчета выпадения веществ в снежный покров.

Для получения достоверного значения фактического выброса... вещества из одиночного источника по методике ИПГ им. Е.К. Федорова необходимо отобрать большое число проб, например, для определения выброса вещества из трубы, высотой 80 м, требуется взять пробы на территории 10 км х 10 км по сетке, то есть 100 проб.

Вторым недостатком методики является то, что за период зимы (3 - 3,5 месяца) могут наступить потепления и снег подтает или даже растает совсем, могут пройти дожди, которые вызовут удаление растворенных веществ из снега и т.д., все это может привести к значительному снижению достоверности анализов.

Третьим недостатком методики является то, что трудно разделить вклад в загрязнение территории от нескольких источников, расположенных недалеко друг от друга. За зимний период направление ветра меняется и зоны загрязнения перекрываются.

Выполненный по методике ИПГ им. акад. Е.К. Федорова снежный мониторинг отражает накопление как дальнего, так и ближнего переноса. Не все, что выбрасывается в атмосферу, оседает в снежном покрове: существует унос и привнос.

Предлагаемая в данной работе модификация методики определения выброса веществ в атмосферу по загрязнению снежного покрова позволяет устранить перечисленные выше недостатки. Идея заключается в том, что пробы загрязненного снега отбираются через 3-7 дней после того, как выпадет снег. При снегопаде идет выведение загрязнений из атмосферного воздуха, причем первые нижние слои снега будут более загрязненными, а верхние слабозагрязненными или чистыми. Указанный период будет достаточным для достоверности результатов анализа, а вероятность выпадения нового снега будет незначительна. При этом учитывается прогноз погоды. За период после снегопада используются метеорологические данные о направлении ветра, температурной стратификации, атмосферному давлению, солнечной инсоляции. Перечисленные данные накапливаются за

весь период от снегопада до даты отбора проб снега через каждые 3-6 часов. Пробы отбираются только в направлении ветра на расчетных расстояниях. Если ветер не меняется, то достаточно взять 15-20 проб, а если меняется - не более 30.

Распределение точек на карте, где отбираются пробы снега, производится после расчета рассеивания вещества на исследуемой территории по методике ОНД-91.

Реальный процесс формирования природно-технической геосистемы (ПТГ) в общем случае является процессом с большой степенью неупорядоченности, обусловленной:

а) неоднозначностью формирующих условий (по природно-климатическим, геологическим, геокриологическим, гидрологическим, техногенным);

б) условностью и количественной неопределенностью нормативных требований к технологическим процессам, экологическому контролю;

в) отсутствием взаимоувязанного регламента по информационно-измерительным процессам;

г) неадекватностью решений, принимаемых по результатам количественной оценки текущего состояния ПТГ (Э^.

Перечисленные факторы отражают лишь основные элементы нечетких условий, в которых реализуется процесс формирования ПТГ. Наличие таких объективных условий требует разработки специальной методологии организации экологического контроля в рамках теории нечетких множеств.

Традиционная постановка задачи измерительного контроля предполагает установление факта соответствия (или несоответствия) измеренного параметра нормативному допускаемому отклонению (экологически оправданному допуску) Де. При этом однозначно принималось, что допуск имеет четкие границы, выход за которые интерпретировался как несоответствие измеряемой величины (контролируемого параметра) нормативному требованию. Однако такая кажущаяся "четкость" нормированных границ допуска Де вносит большую долю субъективизма в действительную оценку состояния контролируемого объекта.

Современный аппарат теории нечетких множеств позволяет более реально подойти к вопросу об оценке результатов измерения и контроля, а следовательно, и оценки экологического состояния ве в ПТГ.

Показатели единства и точности дифференцируются с учетом конкретных задач экометрии и нормируются исходя из ПДК и ПДВ по конкретным объектам природы.

Оценка экологического состояния территории зависит от

восприятия населением, испытывающим действие источников загрязнения.

Как можно видеть из рис.3 изменение степени принадлежности функции оценки опасности больше внутри областей наивысшей плотности населения и меньше внутри областей меньшей плотности. Отсюда можно вывести, какой из источников более опасен.

Оценка опасности

М*)

Оценка опасности Р-, и Р2: НА-па, 00

Оценка опасности Я2: Иа-М

а2

Низкая плотность

Очень высокая плотность

Высокая плотность

Рис.3. Функция оценки опасности для двух источников с фиксированным размещением на территории

Таким образом, функция принадлежности, описанная уравнениями (8) - (9) оказывается логичной характеристикой этого типа решений населения об оценке опасности источников загрязнения.

И/ц(*) =

1 + /с(х-а.,)2}~1 пр\лк>\х <<хъ

-к(х-си)2

при/с >1, X >СЦ,

(8)

ц„ (х)= е'к[х~а2^ при к > 1 и любых х, (9)

где \1А : и~-»[0,1] - функция принадлежности, принимающая зна-

чения в замкнутом интервале [0,1]; (х) описывает степень опасности источника Я,-жителем населения х из и.

В этой модели единственным решающим фактором пространственного оценивания было расстояние от источников выбросов. Однако в дополнение к этому на принятие решения об оценке опасности влияют и другие факторы. В соответствии с принятой в России классификацией опасности (умеренно опасный, опасный, высоко опасный, чрезвычайно опасный - уровни газовой опасности) в этих критериях не представлены количественные характеристики содержания вредных веществ и время их воздействия. Поэтому они носят качественный характер без взаимосвязи со временем. Все это важные характеристики для восприятия населением источников выбросов. Кроме того, при принятии решения у индивидуумов варьируются приоритеты этих характеристик.

Во второй модели рассмотрена более общая проблема принятия решения об оценке экологической ситуации, состоящая в том, что источники загрязнения характеризуются набором признаков, степени важности которых варьируются между экспертами при принятии решений.

Пусть Х~{хл, х2, ..., х10} - группа экспертов, г2, г4} -множество источников и У={у1, у2, Уз, Ул} - множество признаков, используемых для оценки источников: у, - опасность вредного вещества; у2 - концентрация вредного вещества; у3 - качество метода оценивания выбросов; - число ингредиентов вредных веществ. Каждый признак характеризуется нечетким подмножеством.

Пусть на основе исходных данных экспертами сформирована матрица Я отношения экспертов и признаков. Пусть матрица Ят нечеткого бинарного отношения имеет вид

г*1 х4 х5 х6 *9 Хю

У1 0,9 0,8 0,5 0,4 0,7 1,0 0 0 0 1,0

II 5 0,5 0,4 0,5 0,7 0,2 0 1,0 0 0 1,0

Уз 0,4 0,4 0,5 0,8 0,4 0 0 1,0 0 1,0

У4 -0,9 0,9 0,5 0,3 0,8 0 0 0 1,0 1,0-

В матрице элементы каждой строки выражают относительные степени важности признаков в принятии экспертом решения.

В результате применения математического аппарата теории возможностей с использованием нечетких множеств получено решение задачи оценки источников выбросов в виде множеств

Л/-! - Л/4 групп экспертов, отдавших свои голоса соответствующим источникам загрязнений:

Мг={*1, *2, х3, х4, х5, х6, х9, х10>,

Л/2={х 1 , Хз, Х4, Х7, Х8,

А/з={Х4, Х7, Х8},

Л/4={х1, Х2, Хз, Х4, х5, х5, х8, х9, х10}.

Теория нечетких множеств дает общую основу для анализа пространственных факторов поведения экспертов в сложных и__ неточно определенных условиях."

Хорошая сходимость результатов расчета и экспериментальных данных позволяет говорить о целесообразности использования данных о загрязнении снежного покрова исследуемой территории для контроля воздействия промышленных источников загрязнения атмосферы на окружающую среду.

Основные научные и практические результаты исследований использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете. В целом практическая апробация разработанных технических решений природоохранительными органами государственного надзора в Тульской области свидетельствует об их экологической эффективности и больших перспективах с точки зрения охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности динамики загрязнения атмосферы и последующего загрязнения снежного покрова с учетом состава загрязнителей и плотности их поверхностного распределения и разработаны методические положения, обеспечивающие эффективную оценку состояния воздушного бассейна с привлечением теории нечетких множеств, что имеет важное социальное значение для промышленно развитых регионов России.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что в качестве средства контроля за воздействием промышленных источников загрязнения атмосферы на окружающую среду целесообразно использовать данные о загрязнении снежного покрова исследуемой территории.

2. Обосновано методическое положение о том, что инструментом реализации существующей региональной нормативной базы может стать территориальный сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами, разработанный и согласованный природоохранительными службами административно-территориальных подразделений. Применительно к условиям Тульской области создана электронная версия проекта такого документа в системе \ЛШООиЗ 98.

3. Разработаны методические положения оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу, которые позволяют реализовать единый методический подход к инвентаризации источников загрязнения воздушного бассейна, прогнозировать интенсивность образования пылегазовых выбросов и контролировать состояние атмосферы, используя косвенные показатели загрязнения атмосферы.

4. Рекомендовано компенсировать старение данных с использованием метода экстраполяции значений информации на основе ретроспективных данных об отображаемом процессе, параллельно накапливая и систематизируя опытные данные по режимам эмиссии загрязнителей в течение длительного времени.

5. Установлено, что оценка относительного вклада источников загрязнения зависит от наличия эффективных критериев и методов комплексной оценки суммарного загрязнения. Универсальный метод суммарной оценки загрязнения воздуха должен удовлетворять следующим требованиям: наличие единого безразмерного показателя для сравнения источников и уровней загрязнения в пространстве и времени.

6. Рекомендовано использование аппарата теории нечетких множеств для оценки результатов измерения и контроля, а следовательно, и оценки экологического состояния природно-техни-ческой геосистемы.

7. Предложен метод формирования комплексных показателей оценки на основе частных показателей, выраженных с помощью аппарата нечетких множеств.

8. Предложена методология применения аппарата теории нечетких множеств в экспертных системах поддержки принятия решений в природоохранной деятельности.

9. Разработаны методические основы более точного учета влияния метеорологических параметров на загрязнение атмосферы и выявления интенсивности выбросов от близкорасположенных предприятий, что позволило более объективно определять вклад этих предприятий в загрязнение.

10. Построены карты выпадения вредных веществ вокруг тепловых электростанций на территории Тульской области.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Качурин Н.М., Фризен В.Э., Максимова Н.В. Система комплексной оценки экологического состояния угледобывающего региона //1-я Международная конференция "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства"; Тез. докл. /Гула, 1996. - С.120-122.

2.Качурин Н.М., Фризен В.Э., Максимова Н.В., Шейнкман Л.Э. Методические положения оценки экологического состояния промышленного региона // 2-я Международная конференция по экологическому образованию "Междушколой и университетом"; Тез. докл. / Тула, 1996. - С. 381-384.

3.Качурин Н.М., Максимова Н.В., Фризен В.Э. Методические положения оценки эклогического состояния территорий // 1-я Международная конференция по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы"; Тез.докл. / Тула, 1997. -С.432-435.

4.Качурин Н.М., Свиридова Т.С., Максимова Н.В. Эколого-медицинские аспекты жизни людей на территориях, загрязненных выбросами радиоактивных веществ II 1-я Международная конференция по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы"; Тез.докл. / Тула, 1997. - С.504-507.

5.Максимова Н.В. Установление корреляционных зависимостей в системе "Окружающая среда - население" // Материалы научно-практической конференции, посвященной 50-летию образования Тульского областного общества охраны природы; Тез. докл. /Гула, 1997. - С.61-62.

6.Качурин Н.М., Шейнкман Л.Э., Максимова Н.В. Концептуальные положения оценки экологического состояния территорий регионов России //Научные чтения "Белые ночи"; Тез. докл. /Санкт-Петербург, 1997. - С.73.80.

7.Качурин Н.М., Свиридова Т. С., Максимова Н.В. Концептуальные положения мониторинга системы "Отходы - окружающая среда - здоровье человека" // 2-я Международная Конференция по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы"; Тез. докл. /Гула, 1998.

- С.84-85.

Б.Качурин Н.М., Свиридова Т.С., Максимова Н.В. Мониторинг системы "Отходы - окружающая среда - здоровье человека. Концептуальные положения И Известия ТулГУ. Серия: "Экология и безопасность жизнедеятельности". Вып. 4 /ТулГУ, - Тула, 1998. - С.66-70.

9. Соколов Э.М., Шейнкман Л.Э., Максимова Н.В. Оценка состояния воздушного бассейна промышленно развитого региона на основе загрязнения снежного покрова II Известия ТулГУ. Серия: "Экономика и социально-экологические проблемы природопользования". Вып. 1 /ТулГУ, - Тула, 2000.

- С.71-77.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Максимова, Наталия Викторовна

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЗАГРЯЗНЕНИЮ АТМОСФЕРЫ

1.1. Влияние метеорологических факторов на пе-. ренос и рассеивание примесей в атмосфере

1. 2 . Контроль за уровнем загрязнения воздуха

1.3. Оценка загрязнения атмосферы с учетом действующей нормативной базы

1.4.Унификация экологических критериев защиты окружа'ющей среды

Выводы

Задачи исследований

2. ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРНЫХ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ

2.1.Методика и результаты инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

2.2.Динамика выбросов вредных веществ в атмосферу на территории Тульской области

2.3. Загрязнители атмосферы и их доля в валовом выбросе на территории Тульской области

Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ г.ТУЛЫ И РАЙОННЫХ ГОРОДОВ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ ВРЕДНЫМИ ВЫБРОСАМИ

3.1.Загрязнение снежного покрова

3.2. Методика расчета выпадения веществ, выбрасываемых промышленными источниками в атмосферу, по данным загрязнения снежно

3.3 . Усовершенствованная методика определения выбросов веществ в атмосферу при сокращенном числе анализируемых проб снега

Выводы

4. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ АНАЛИЗОВ И РАСЧЕТОВ НА ЭВМ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ

ОТ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

4.1.Расчет рассеивания вредных веществ от тепловых электростанций на ЭВМ

4.2.Определение зависимости между концентрацией сернистого ангидрида и оксидов азота в приземном слое атмосферы и содержанием серы и азота в снежном покрове

4.3.Построение карт выпадения вредных веществ вокруг тепловых электростанций

Выводы

5. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИЙ С

ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ

5.1.Точность и достоверность экологического контроля

5.2.Определение экологических последствий при анализе промышленного контакта с окружающей средой

5.3.Оценка показателей экологического состояния природно-технической геосистемы

5.4.Информационная база для принятия экспертных решений

5.5.Математическое моделирование оценки экологического состояния территорий на основе теории нечетких множеств

Выв оды.

Введение Диссертация по географии, на тему "Уточненная оценка загрязнения воздушного бассейна промышленно развитого региона с учетом снежного мониторинга"

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. На пороге XXI века неблагоприятное воздействие на окружающую среду приблизилось к такому уровню, что оно уже угрожает самому существованию человечества. Выводы в докладе экспертов ООН (июнь 1997 г.) указывают на продолжающееся опасное загрязнение окружающей среды. Только за последние три года столетия глобальные природоохранные проекты потребуют неотложных затрат в размере 60 0 млрд. долларов США.

В комплексной проблеме защиты окружающей среды особую озабоченность вызывает загрязнение атмосферы. Дыхание - наиболее интенсивный биохимический контакт человека с окружающей средой, процесс биологически безостановочный и наименее поддающийся применению средств индивидуальной или групповой защиты и контроля. Опасность антропогенного загрязнения атмосферы усугубляется тем, что источники загрязнения сосредоточены на площадях, где живут и работают люди - в промышленно развитых регионах.

Проблема загрязнения атмосферы не является изолированной. Воздушные массы переносят вредные выбросы на значительные расстояния. В результате в благополучных с экологической точки зрения районах загрязняются почва, растительность, водоемы.

В настоящее время контроль загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории осуществляется путем экспериментальных замеров концентраций веществ в приземном слое атмосферы. Эти замеры позволяют выявить «мгновенные» (за период 2 0 минут) концентрации вредных веществ в воздухе. Приземные концентрации зависят от количества выбрасываемых веществ, высоты источника, параметров струи выбрасываемых газов и метеорологических условий. Для получения достоверных данных о максимальных и средних концентрациях веществ в воздухе необходимо провести очень большое число измерений. Это может быть выполнено путем создания разветвленной сети постов по контролю чистоты атмосферного воздуха на исследуемой территории. Эпизодические замеры концентраций вредных веществ в воздухе не дают полной картины загрязнения территории выбросами от источников и не позволяют оценить с достаточной точностью массу вредных веществ, выбрасываемых из этих источников.

Для расчета максимальных приземных концентраций вредных веществ в настоящее время применяется методика ОНД-91, утвержденная Госкомгидрометом. На основании этой методики различными институтами разработаны программы расчета рассеивания веществ на ЭВМ. Программы расчета позволяют определить значения максимальных концентраций веществ при наиболее опасных скоростях ветра и построить карты изолиний возможных концентраций веществ в приземном слое атмосферы вокруг источников выбросов, а также произвести расчет средних концентраций веществ в приземном слое атмосферы за определенный период с учетом "розы ветров". Однако при инвентаризации источников могут быть не учтены неравномерность выделения вредных веществ, отказы пылегазоочистных аппаратов и т.д., что может в десятки раз снизить расчетные показатели загрязнения территории.

Расчетные значения интенсивности выпадения сульфатов и нитратов отличаются от измеренных по загрязнению снежного покрова от 10-50% до 200% и даже 900%. Резкое отличие расчетных и измеренных значений интенсивности выпадения сульфатов и нитратов объясняется, вероятно, не только неточностью исходных данных инвентаризации выбросов, неучетом дополнительных низких источников, но и несовершенством используемых моделей.

Необходимость совершенствования существующих региональных систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирования промышленных выбросов определяет научную и практическую актуальность настоящей работы.

Диссертационная работа выполнена в рамках тематических планов МНТП "Прогноз", "Экологически чистое горное производство" и Федеральной целевой программы "Интеграция".

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является установление новых и уточнение известных закономерностей загрязнения снежного покрова выведением загрязнителей из атмосферы для более достоверной оценки состояния воздушного бассейна территории, подверженной воздействию выбросов вредных веществ промышленных предприятий.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в том, что повышение достоверности оценок состояния воздушного бассейна обеспечивается адекватными моделями теории нечетких множеств и использованием данных о загрязнении снежного покрова исследуемой территории, позволяющих с достаточной точностью определять суммарное выпадение веществ в любой точке территории за длительный зимний период.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ: достоверная оценка выбросов загрязнителей в атмосферу может быть осуществлена только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями, отражающими связь образования пылега-зовых выбросов с данными загрязнения снежного покрова, и использовании единой согласованной системы инвентаризации источников загрязнения атмосферы на территории промышленно развитого региона; принятие решений при оценке экологической ситуации в условиях неопределенности эффективно реализуется экспертным методом на основе теории нечетких множеств.

НОВИЗНА ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ : разработаны методические положения оценки загрязнения атмосферы, отличающиеся тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных ; проведена инвентаризация источников загрязнения атмосферы на нескольких крупных промышленных предприятиях г. Тулы, позволившая разработать проекты нормативов ПДВ с учетом перспективных планов реализации мероприятий по снижению пылегазовых выбросов и текущего контроля эффективности этих действий с использованием информационной технологии; разработаны методические положения и математические модели для расчетов интенсивности выпадения веществ от нескольких источников по данным загрязнения снежного покрова; обосновано применение разработанной методики для ориентировочных расчетов при минимальном числе анализируемых проб снега; разработаны математические модели для оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу на основе аппарата теории нечетких множеств, позволяющие повысить эффективность принятия решения за счет базы данных, дополненной информацией о загрязнении снежного покрова.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПОДТВЕРЖДАЕТСЯ: корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической физики и современных достижений вычислительной техники; достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований интенсивности образования пылегазовых выбросов в атмосферу; удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу (в среднем отклонения не превышали 30 %).

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в том, что разработан единый подход к инвентаризации выбросов загрязнителей в атмосферу расчетным методом. Разработаны математические модели образования пылегазовых выбросов в зависимости от данных загрязнения

10 снежного покрова, что повышает эффективность САПР экологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Разработаны комплексы математических моделей для уточненной оценки интенсивности выпадения веществ от источников загрязнения, что позволяет более объективно определять вклад предприятий в загрязнение.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Разработанные методические положения оценки воздействия предприятий на воздушный бассейн были использованы на промышленных предприятиях г. Тулы, аналитической группой Тульского областного общества по охране природы и позволили получить достоверные прогнозные оценки предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу, а также разработать комплекс эффективных технических мероприятий по контролю за выбросами. Основные научные и практические результаты были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу "Промышленная экология. Защита биосферы" для студентов специальности 32 07 00 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г.Тула, 1996-2000 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессор

11 ско-преподавательского состава ТулГУ (г.Тула, 19962000 гг.), на 1-й Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г.Тула, 1996 г.), на 2-й Международной конференции по экологическому образованию "Между школой и университетом" (г.Тула, 199 6 г.), на 1-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы" (г.Тула, 1997 г.), на научно-практической конференции, посвященной 50-летию образования Тульского областного общества охраны природы (г.Тула, 1997 г.), на научных чтениях "Белые ночи" (г.Санкт-Петербург, 1997 г.), на 2-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы" (г.Тула, 1998 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований имеется 9 публикаций.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из 5 глав, изложенных на 248 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 23 иллюстрации, приложение из 9 таблиц и 22 иллюстраций, список литературы из 139 наименований.

Автор диссертационной работы выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Э.М. Соколову за постоянную методическую помощь и ценные консультации.

12

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Максимова, Наталия Викторовна

Выводы

1. Основными задачами экологического контроля являются: формирование информационной базы состояния и изменений окружающей среды, получение необходимой и достаточной,по критериям полноты, точности и достоверности информации о воздействиях и состоянии окружающей природной среды, выявление случаев вредных воздействий на отдельные компоненты или природную среду в целом.

2. Основополагающими критериями объективности выступают точность и достоверность информации, адекватно определяющие эффективность принимаемых решений.

3. Реальный процесс формирования природно-технической геосистемы в общем случае является процессом с большей степенью неупорядоченности, обусловленной неоднозначностью, условностью и количественной неопределенностью нормативных требований к технологическим процессам, экологическому контролю.

4. Задача экологического районирования решается с использованием теории нечетких множеств. Перекрытие зон рассматривается как общий, а не частный случай. Приведенные теоретические результаты показывают, что зоны между крупными источниками загрязнения разделяются до некоторой степени. Аналогичные подходы можно также разработать для анализа более сложных проблем, в которых требуется принять решение одновременно о размещении многих источников и распределении соответствующих зон.

5. Теория нечетких множеств дает общую основу для анализа пространственных факторов поведения человека в сложных и неточно определенных условиях.

192

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности динамики загрязнения атмосферы и последующего загрязнения снежного покрова с учетом состава загрязнителей и плотности их поверхностного распределения и разработаны методические положения, обеспечивающие эффективную оценку состояния воздушного бассейна с привлечением теории нечетких множеств, что имеет важное социальное значение для промышленно развитых регионов России.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что в качестве средства контроля за воздействием промышленных источников загрязнения атмосферы на окружающую среду целесообразно использовать данные о загрязнении снежного покрова исследуемой территории.

2. Обосновано методическое положение о том, что инструментом реализации существующей региональной нормативной базы может стать территориальный сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами, разработанный и согласованный природоохранительными службами административно-территориальных подразделений. Применительно к условиям Тульской области создана электронная версия проекта такого документа в системе Т/ОЫООиБ 98 .

3. Разработаны методические положения оценки

193 воздействия промышленных предприятий на атмосферу, которые позволяют реализовать единый методический подход к инвентаризации источников загрязнения воздушного бассейна, прогнозировать интенсивность образования пылегазовых выбросов и контролировать состояние атмосферы, используя косвенные показатели загрязнения атмосферы.

4. Рекомендовано компенсировать старение данных с использованием метода экстраполяции значений информации на основе ретроспективных данных об отображаемом процессе, параллельно накапливая и систематизируя опытные данные по режимам эмиссии загрязнителей в течение длительного времени.

5. Установлено, что оценка относительного вклада источников загрязнения зависит от наличия эффективных критериев и методов комплексной оценки суммарного загрязнения. Универсальный метод суммарной оценки загрязнения воздуха должен удовлетворять следующим требованиям: наличие единого безразмерного показателя для сравнения источников и уровней загрязнения в пространстве и времени.

6. Рекомендовано использование аппарата теории нечетких множеств для оценки результатов измерения и контроля, а следовательно, и оценки экологического состояния природно-техни-ческой геосистемы.

7. Предложен метод формирования комплексных показателей оценки на основе частных показателей, выраженных с помощью аппарата нечетких множеств.

8. Предложена методология применения аппарата теории нечетких множеств в экспертных системах поддержки принятия решений в природоохранной деятельности.

196

Библиография Диссертация по географии, кандидата технических наук, Максимова, Наталия Викторовна, Тула

1. Андреев В.М., Иванченко К.В., Лапшина Е.И. Контроль загрязнения атмосферного воздуха автотранспортными выбросами с использованием автоматизированных систем // Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения.- 1987.- Вып. 13.- С.97-99.

2. Аникеев В.А., Копп И.З., Скалкин Ф.В. Технологические аспекты окружающей среды.- Гидрометеоиз-дат, 1982.- 25бс.

3. Анохин Ю.А., Остромогильский А.Х. Математическое моделирование и мониторинг окружающей среды.-Обнинск: ВНИИГМИ МЦД, 1978. - 50с.

4. Артемов В.М., Парцеф Д.П. Подходы к оценке состояния загрязнения атмосферного воздуха городов // Тр. Центр, высот, гидрометеорол. Обсерватории.-1979.- № 13.- С.82-87.

5. Бабкина Л.Н. Система критериев оценки качества функционирования органов управления природоохранной деятельностью в регионе /Изд. СПбУЭФ, Санкт-Петербург, 1994.- 124с.

6. Балацкий О.Ф. Некоторые вопросы экономической232эффективности контроля за загрязнением //Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения /УкрНИГМИ, Киев, 1974. - С.34-42.

7. Балацкий О.Ф. Экономика чистого воздуха /Киев, 1979. 295с.

8. Безуглая Э.Ю., Сонькин JI.P. Влияние метеорологических условий на загрязнение воздуха в городах СССР //Метеорологические аспекты атмосферы, Гидроме-теоиздат, Ленинград, 1971. - С.241-252.

9. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах: Результаты экспериментальных исследований /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1986. - 199с.

10. Безуглая Э.Ю. и др. Чем Дышит промышленный город /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1991 - 251 с.

11. Белов Л.А. Комплекс технических и программных средств экологического мониторинга энергетических объектов.//Конверсия. 1996. - №8.- С.36-39.

12. Белов C.B., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. и др. Охрана окружающей среды /Высшая школа, Москва, 1983.233ловиях стратификации / Тр. ГГО, 1964. Вып. 158. С. 22-32.

13. Берлянд М.Е., Тенихович E.JI., Оникул Р.И. О расчете загрязнения атмосферы выбросами из дымовых труб электростанций /Тр. ГГО, 19 64. Вып.158.1. С.3-21.

14. Берлянд М.Е. и др. К теории атмосферной диффузии в условиях тумана / Тр. ГГО, 1968. Вып. 207. - С.3-13.

15. Берлянд М.Е. О распространении атмосферных примесей в условиях города // Метеорология и гидрология. 1970. - № 3. - С.45-57.

16. Берлянд М.Е., Оникул Р.И. К обобщению теории рассеивания промышленных выбросов в атмосферу /Тр. ГГО, 1971. Вып. 254. - С.3-38.

17. Берлянд М.Е., Соломатина И.И., Сонькин JI.P. О прогнозировании загрязнения воздуха // Метеорология и гидрология. 1972.- № 9. - С.11-18.

18. Берлянд М.Е., Вольберг Н.Ш. Временные методические указания по определению содержания примесей в атмосфере /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974. -80с.

19. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1975. - 44 8с.

20. Богуненко В.Л., Стефаняк В.В. Методы и средства контроля загрязнения атмосферы и перспективы их развития // Пробл. Контроля и защиты атмосферы от загрязнения. 1987. - Вып. 13. - С.57-60.234

21. Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнения. Технология и контроль// Пер. с англ. Н.Г.Вашкевича /Химия, Ленинград, 1989. - 287с.

22. Буренин Н.С. и др. Экспедиционное изучение загрязнения воздушного бассейна промышленных городов /Тр. ГГО, 1968. Вып.234. - С.100-108.

23. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии /Наука, Москва, 1975.

24. Вызова Н.Л. Рассеивание примесей в пограничном слое атмосферы /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974. - 100с.

25. Валиулин А.Б., Яколин В.П. Некоторые аспекты создания и внедрения систем контроля окружающей среды // Автоматизация контроля загрязнения окружающей среды / 0-во «Знание» РСФСР, Москва, 1985. - С. 2125 .

26. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова /Гидрометеоиздат, Москва, 1985. - 181с.

27. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова /Гидрометеоиздат, Москва, 1985. - 181с.

28. Вельтищева Н.С. Методы моделирования промышленного загрязнения атмосферы /ВНИИГМИ МЦД, - Обнинск, 1975. - 37с.

29. Вентцель А. Д. Курс теории случайных процессов /Наука, Москва, 1975.

30. Виноградов Б. В. Аэрокосмический мониторинг235экосистем /Наука, Москва, 1984.

31. Волков Э.П., Сапаров М.И., Фетисова Е.И. Источники, состав и контроль выбросов промышленных предприятий / МЭИ, Москва, - 1988. - 57с.

32. Волков Э.П., Жабо В. В. Автоматизированная система контроля загрязнения воздуха в районе // Электрические станции. 1981. - №10. - С.17-20.

33. Временная методика по определению выбросов вредных веществ в атмосферу предприятиями отрасли. Министерство радиопромышленности СССР. М., 1990.

34. Временные методические указания по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха / Минздрав СССР, Москва, 1977. - 24с.

35. Временные методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух предприятиями деревообрабатывающей промышленности, изд. 2-е, перераб. и дополн. /Петрозаводск, 1993.

36. Годовой отчет о работе Государственного комитета по охране окружающей среды Тульской области за 1995 год /Тула, 1996 г.

37. Годовой отчет о работе Государственного комитета по охране окружающей среды Тульской области за 1996 год /Тула, 1997 г.236

38. ГОСТ 17.2.3.02-78. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями Изд-во стандартов, Москва, 1979.-14с.

39. ГОСТ 17.2.1.04-77. Методологические аспекты загрязнения и промышленные выбросы /Изд-во стандартов, Москва, 1987.- 14с.

40. Гребенюк Е.А., ИцковичЭ.Л. Разработка автоматизированной системы экологической защиты региона от промышленных выбросов //Приборы и системы управления. 1994. № 9.- С.9-15.

41. Гуляев А. И. Временные ряды в динамических базах данных /Радио и связь, Москва, 1989. -128с.

42. Двоеглазов Ю. В. Аппаратура сбора и обработки информации в системах контроля загрязнения окружающей среды // Приборы и системы автоматического контроля состояния окружающей среды; Материалы конф. /Севастополь, 1981.- С.14-16.

43. Доклад о состоянии окружающей природной среды Тульской области в 1994 году /Тула, 1995 г.

44. Доклад о состоянии окружающей природной среды Тульской области в 1995 году /Тула, 1996 г.

45. Доклад о состоянии окружающей природной среды Тульской области в 19 9 6 году, Тула, 1997 г.

46. Дополнения к методике проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетный метод) / Москва, 1992.

47. Дуганов Г.В., Бирман Е.А. Анализ и оценка237информативности системы контроля загрязнения атмосферы // Пробл. Контроля и защита атмосферы от загрязнения. 1983. - Вып. 9.- С.12-15.

48. Дуганов Г.В., Непомнящий С.К. Об информационном подходе к решению задачи размещения станций контроля загрязнения окружающей среды // Пробл. контроля и защита атмосферы от загрязнения. 1981. -Вып. 7. - С.12-15.

49. Жаворонков Ю.М., Буштуева К.А. К построению комплексного показателя загрязненности атмосферного воздуха //Гигиена и санитария. 1983. - № б.- С. 21-24 .

50. Заде Л.А. Основы нового подхода к анализу слодных систем и процессов принятия решений //В кн.: Математика сегодня. Сост. Шилейко A.B. /Знание, -Москва, 1974. С.5-49.

51. Зайцев. A.C. Результаты анализа временной структуры сернистого газа в атмосфере // Тр. Гл. геофиз. обсерватории. 1973. - Вып. 293.- С.41-4 6.

52. Зайцев. A.C. Структура поля концентраций окиси углерода в городе // Тр. Гл. геофиз. обсерватории. 1973. - Вып. 293.- С.47-51.

53. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1979.- 376с.

54. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1984.- 560с.

55. Илькун Г.М. Загрязнители атмосферы и растения /Наукова думка, Киев, 197 8.- 24 6с.

56. Инструкция по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты /Москва, 1989. 19с.

57. Каплунов Ю. В., Сажин П. Д., Синицына О. Ф. Совершенствование сбора, обобщения информации и управления окружающей среды в отрасли.// Уголь. -1994. №8. - С.35-37.

58. Красов В.И. , Горина Е.А. Задачи прогнозирования в автоматизированных системах контроля и управления качеством воздушного бассейна // Пробл. контроля и защита атмосферы от загрязнения. 1984.- Вып. 10. С.9-13.

59. Куварин Ю.Н. Экологическая обстановка в239

60. Тульской области краткая характеристика //Материалы научно-практической конференции, посвященной 5 0-летию образования Тульского областного общества охраны природы "Экология и общественность"; Тез. докл. /Тула, 1997. - С.9-13.

61. Львов Ю.В., Горская Г.А. О выборе критерия размещения станций контроля загрязнения атмосферы // Тр. Глав. Геофиз. Обсерватории. 1984. - Вып. 4 77. - С.47-52.

62. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов / Химия, Москва, 1996. - 319с.

63. Малышко Н.И. Государственный контроль за охраной атмосферного воздуха /Наук, думка, Киев, 1982. - 131с.

64. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды /Наука, Москва, 1982. -320с.

65. Матвеев В. С., Садаков В. А. Отечественные средства комплексного контроля воздушного бассейна городов и промышленных центров /ЦНИИТЭИ приборостроения, Москва, 1980,- 49с.

66. Мелихов А.Н., Берштейн Л.С., Коровин С. Я. Ситуационные соотвествующие системы с нечеткой логикой /Наука, Гл.ред.физ.-мат. лит., Москва, 1990. -272с.240

67. B.C. Комаров, М.И. Горбунов // Пробл. Контроля и защита атмосферы от загрязнения. 1981.- Вып. 7. - С. 16-24.

68. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Госкомгидромет /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1987. - 94с.

69. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетный метод) /Москва, 1991.

70. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями железнодорожного транспорта (расчетным методом) /Москва, 1992.

71. Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов /Союзстромэкология, Новороссийск, 1989.

72. Методические указания по прогнозу загрязнения воздуха в городах. Под. ред. М.Е. Берлянда //Гидрометеоиздат, Ленинград, 1979. - 80с.

73. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ (пыли) в атмосферу при складировании и пересыпке сыпучих материалов на предприятиях речного транспорта /Москва, 1993.

74. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. Под ред. Ю.А. Израэля, Ф.Я. Ровинского. Вып. 1 /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1982. - С.54.241искусственного интеллекта. Под ред. Д.А. Поспелова /Наука, Гл.ред.физ.-мат. лит., Москва, 1986. 312с.

75. Одум Ю. Экология; в 2 т. /Мир, Москва, 1986.

76. Окато С. Достоверность измерений характеристик загрязнителей атмосферы и соответствующее размещение измерительных станций для мониторинга // Санге когай. 1983.-19, № 12.- С.1065-1057.

77. Оникул Р.И. Методика расчета загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий и тепловых электростанций // В кн.: Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы /Гидрометеоиздат, Ленинград, 1971. - С.70-81.

78. Оптимизация пространственной структуры сети наблюдений при контроле загрязнения атмосферы города / А.Н. Ясенекий, В.К. Боброва, А.Д. Зив, В.И. Красов //Тр. Глав. геофиз. обсерватории. 198 7.- Вып. 492.- С. 13-32.

79. Осуществление в СССР системы мониторинга загрязнения природной среды / Ю. А. Израэль, Н. К. Га-силина, Ф. Я. Ровинский, Л. М. Филимонова / Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978.- 115с.

80. Отраслевая методика расчета количества отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных веществ предприятиями по добыче и переработке угля /Пермь, 1989.

81. Парадиж В., Планиншек А. Расчет концентраций сернистого ангидрида в условиях сложного рельефа //242

82. Сборник докладов на международном симпозиуме /Ленинград, 1977. С.55-60.

83. Певзнер Э.А. Зайцев. A.C. Автоматический газоанализатор и некоторые результаты регистрации окиси углерода в атмосферном воздухе // Тр. Гл. геофиз. обсерватории. 1971. - Вып. 254.- С.197-204.

84. Перечень методических документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух, действующих в 1998 году /Санкт-Петербург, 1998. 20с.

85. Пинигин М.А. Роль оценки опасности загрязнения в охране атмосферного воздуха городов //Сб. тр. Ин-та общей и коммунальной гигиены им. А.Н. Сысина. 1976. - Вып. 3. - С.14-19.

86. Пичи Дж. Е., Кингслен П., Порт Г.Н.Дж. Стратегия мониторинга и оценка загрязнения окружающей среды //Мониторинг состояния окружающей природной среды /Ленинград, 1977. С.53-68.

87. Поляк. И.И. Методы анализа случайных процессов и полей в климатологии / Гидрометеоиздат, Ленинград, 1979. - 255с.243направления в моделировании загрязнения воздушного бассейна за рубежом /НИИТЭХИМ, Москва, 1982. Вып. б. - С.10-34.

88. Приборы охраны окружающей среды: Номенклатур. справ. / ЦНИИТЭИП, Москва, 1978. - 60с.

89. Примак А. В. Организация автоматизированных систем сбора и обработки данных о загрязнении атмосферного воздуха / О-во «Знание» УССР, Киев, 1979.- 28с.

90. Примак А. В. Принципы построения кибернетических систем защиты окружающей среды от загрязнения / О-во «Знание» УССР, Киев, 1982. - 22с.

91. Примак А. В. Методология проектирования и разработки автоматизированных систем контроля и управления качеством воздуха // Автоматика. 1984.- № 4. С.30-38.

92. Примак A.B., Щербань А.Н. Методы и средства контроля загрязнения атмосферы /Наукова думка, Киев, 1980. - 29бс.

93. Примак А. В., Щербань А. Н. Ключи к чистому воздуху / Наук, думка, Киев, 1986. - 128с.

94. Примак А. В., Щербань А. Н., Сорока А. С.244

95. Автоматизированные системы защиты воздушного бассейна от загрязнений /Техника, Киев, 1988. - 166с.

96. Принципы организации автоматических систем контроля тепловлажностных и пылегазовых загрязнений воздушной среды / Н.И. Бондаренко, A.B. Примак. А.Н. Щербань и др. // Пром. Теплотехника. 1982.- 4, № 3. - С.102-107.

97. Программа действий по охране окружающей среды для Центральной и Восточной Европы: Сокращ. Вариант /1995. 120с.

98. Протасов В.Ф., Молчанов A.B. Экология, здоровье и природопользование в России /Финансы и статистика, Москва, 1995.10 6. Рабочая книга по прогнозированию / Под ред. И.В. Бестужева-Лада /Мысль, Москва, 1982. - 430с.

99. Реймерс Н.Ф. Природовользование /Мысль, Москва, 1990.

100. Руководство по гигиене атмосферного воздуха. Под ред. К. А. Буштуевой /Медицина, Москва, 1976. - 416с.

101. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Под ред. М.Е.Берлянда и Г. И. Сидоренко /Гидрометеоиздат, Ленинград, 197 9. - 448с.

102. Савенко B.C. Природные и антропогенные источники загрязнения атмосферы // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. 1991. - 31, С.1-212.245

103. Пинигин, Ю.Г. Фельдман /Медицина, Москва, 1976. -168с.

104. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий СН 245-71 /Стройиздат, Москва, 1972.- 96 с.

105. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами / Гидрометеоиздат, Ленинград, 1986.

106. Семевский Ф.Н., Семенов С.М. Математическое моделирование экологических процессов / Гидрометеоиздат, Ленинград, 1982. - 260с.

107. Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива / Недра, Ленинград, 1988. - 312с.

108. Системный анализ контроля и управления качеством воздуха и воды / A.B. Примак, В.В. Кафаров, К.И. Качиашвили. Отв. ред. А.Н. Щербань / Наук, думка, Киев, 1991. - 360с.

109. Смульский И.И. О комплексном показателе загрязнения атмосферы и определении уровней загрязнения в периоды неблагоприятных метеорологических условий //Пробл. контроля и защиты атмосферы от загрязнения, 1987. Вып. 13. - С.31-39.

110. Сонькин Л.Р. и др. К вопросу о метеорологической обусловленности загрязнения воздуха над городом //Тр. Гл. геофиз. Обсерватории. 19 66.- Вып. 185. - С.44-54.

111. Сонькин JI.Р. Некоторые возможности прогноза содержания примесей в городском воздухе. /Тр. ГГО,1977. Вып.254. - С.122-127.

112. Сонькин Л.Р., Чаликов Д.В. Об обработке и анализе наблюдений за загрязнением воздуха в городах //Тр. Гл. геофиз. обсерватории. 1968. - Вып. 207. - С.51-55.

113. Стратегия проектирования системы контроля и наблюдения за загрязнением атмосферы / Н.Е. Конюхов, В.А. Глазунов, Л.В. Алейников, М.А. Куликов // Пробл. контроля и защита атмосферы от загрязнения.1978. Вып. 4. - С.19-23.

114. Удельные показатели выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для ремонтно-обслуживающих предприятий и машиностроительных заводов агропромышленного комплекса СССР / Москва, 1991.

115. Уорк К., Уорнер С. Загрязнение воздух. Источник и контроль. Перевод с англ. A.B. Лысака, А.Г. Рябошенко, Е.Л. Стукина //Под редакцией E.H. Теве-ровского /Мир, Москва, 1980. - 539с.

116. Щербань А. Н., Примак А. В., Копейкин В. Н. Автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха / Техника, Киев, 1979. - 158с.

117. Щербань А. Н., Примак А. В., Косинов Б.В. Комплексный подход к проблеме создания автоматизированных систем контроля загрязнения окружающей среды // Проблемы контроля и защита атмосферы от загрязнения. 1982. - Вып. 8. - С.3-10.248

118. Экоинформатика. Теория. Практика. Методы и системы/ РАН; Ю.А. Арский, Ю.Ф. Захаров, В.А. Калуц-ков и др. Под. ред. В.Е. Соколова / Гидрометеоиздат, Санкт-Петербург, 1992. - 520с.

119. Энергетика и охрана окружающей среды / Под ред. Н.Г. Залогина, Л.И. Кроппа, Ю.М. Кострикина / Энергия, Москва, 1979. - 352с.

120. Ясенский А.Н. Формирование структуры системы регулирования качества атмосферы города // Тр. Гл. геофиз. Обсерватории. 1984 . - Вып. 477.1. С.18-25.

121. Georgii H.W. On the effect of rainfall on the S02 concentration in the atmosphere /Jnt. J. Air Wat. Pollut., 1963. Vol.7. - P.11-12.

122. Morijama S., Andon H., Akiba N. Stock gasmonitoring system for warning and control. // Environ Syst., Plann. Des and Contr. Proc., JFAC, Symp., Kyoto, 1977 /Oxford e.a., 1978. Vol.1. - P.129-134.

123. Resenu atomatigue de lutl contre la pollution atmospherique en The-de-France / Techn. mod, 1982. 74. - № 1-2. - P.89-90.