Чрезвычайные ситуации → Эколого-экономическая деятельность предприятий → Математическое описание модели экологического мониторинга при чрезвычайных ситуацияхМатематическое описание модели базируется на решении уравнений фильтрационного течения в пористой среде и уравнении переноса и диффузии примеси. В модели предусмотрена возможность расчета распространения загрязненных вод на значительные расстояния, поэтому использованы методы осреднения фильтрационного течения по водоносному слою, что позволило свести пространственные задачи к расчету фильтрационных потоков и связанных с ними загрязняющих веществ.
Государственные мониторинг подземных вод, применяя компьютерные методы, решает (наряду с контролем качества ПВ) ряд и других задач, связанных с использованием и эксплуатацией ПВ.
При анализе воздушных газовых смесей, измерении состава и концентрации продуктов сгорания (СО, NO, NО2, SО2, НС1 и др.), а также состава пыли широкое использование находят корреляционные методы. Техническая идея методов заключается в сравнении спектров поглощения исследуемой газообразной смеси со спектром поглощения детектируемого газового компонента и последующем определении количественных характеристик полученных спектров. Для этой процедуры используются обычно газовые фильтры, бездиссипационный ИК-метод и один из двух интерференционных методов, основанный либо на многолучевой интерференции, либо на интерференции двух лучей.
Открытый способ добычи полезных ископаемых, перевозка опасных грузов, выбросы газов промышленных предприятий и т.д. приводят к загрязнению окружающего воздушного пространства.
Для нормализации состава атмосферы при его изменении в неблагоприятном направлении следует принимать меры по созданию ЭМ, включающего:
С использованием математического моделирования исследуется состояние приземного слоя атмосферы на наличие сернистого ангидрида и взвешенных частиц в зоне выбросов Авдеевского коксохимического завода начиная с 1963 года. Показано, что кинетика распределения сернистого ангидрида и взвешенных частиц в приземном слое атмосферы на расстоянии 18 км от источника выбросов описывается экспоненциальными кривыми. 50%-ное снижение уровня загрязнения для взвешенных частиц наблюдается на расстоянии 7-9 км, а двуокиси серы - на расстоянии 4-6 км от источника выбросов.
Проводятся также исследования по созданию новых методов обработки информации. Так, для периодического или непрерывного контроля концентрации аэрозолей в РНЦ «Курчатовский институт» разработана система ЛАДА, предназначенная для работы при нормальном или повышенном давлении в «чистых» помещениях, боксах и технологических каналах. Она включает компьютер IBM PC, связанный с мультиплексорами. Каждый из них в свою очередь связан с 16 лазерными аэрозольными сенсорами ЛАД и с датчиками температуры, влажности и давления (дифференциальными манометрами).
ЛАД-1 имеет твердотельный лазерный диод и расход газа в измерительном объеме 3 л/мин. ЛАД-2 с. He-Ne датчиком работает с газами в 5 раз большего потока, но с меньшей чувствительностью, чем ЛАД-1. В систему ЛАДА входят также приборы метрологического сопровождения: генератор стандартных, латексных частиц и генератор монодисперсных субмикронных аэрозолей. Они используются для калибровки лазерных датчиков ЛАД-1 и ЛАД-2 и их периодически проверки. Рассмотрены направления совершенствования аппаратурного обеспечения системы мониторинга.
К корреляционным методам можно отнести и еще несколько, на которые хотелось бы обратить внимание:
1. Трибоэлектрический метод основан на том, что при столкновении твердых частиц со стержнем, расположенным поперечно распыленному газовому потоку, между ними имеет место перенос заряда. У приборов такого типа существует прямая пропорциональность между величиной заряда и концентрацией частиц. Калибровка приборов производится с помощью гравиметрических измерений. Метод обладает высокой чувствительностью измерения пылесодержания в трубопроводах с диаметром от 20 мм до 2 м. Минимальные концентрации, которые могут быть отслежены с помощью этого метода, составляют 0,1 мг/м.
2. Метод непрозрачности может быть использован для измерения содержания пыли при работе различных агрегатов (от рукавных фильтров до дымоходов больших диаметров). Концентрация пыли может быть измерена на уровне 25 мг/м. При более низких концентрациях точность измерения резко снижается из-за загрязнения линз и неточности отсчета.
Из этого краткого обзора следует, что для ЭМ необходимы широкомасштабные методы дистанционного профиля. Но, пожалуй, еще большая потребность в программном обеспечении систем обработки первичной растровой и другой информации, а также в методах доведения полученной первичной информации до документа, имеющего количественный характер (числа и изображения).
Таким образом, система ЭМ представляет собой иерархическую структуру, объединяющую организации управления, наблюдения, контроля, анализа состояния ОС на государственном, территориальном и региональном уровнях.
В работах последних лет просматриваются перспективы совершенствования систем космического мониторинга.
Рассматриваются вопросы создания космической системы контроля РБХ и геофизической обстановки с анализом всех основных аспектов возможности ее технической реализации. На основе анализа пространственно-временных требований возможных потребителей такой космической информации, современного уровня и тенденций развития научно-методического обеспечения-контроля РБХ обстановки из космоса даны предложения по составу целевой спутниковой аппаратуры, выбору космической платформы, построению орбитальной группировки, наземного сегмента приема, обработки и распределения космической информации.
Среди перспективных дистанционных методов отмечаются и методы дистанционного зондирования. Наиболее широкое применение они могут найти в районах нефтедобывающей промышленности. В одном из таких обзоров даны подробные схемы соответствующего комплекса.
В обзоре рассмотрены теоретические и прикладные аспекты применения методов и средств дистанционного зондирования Земли в задачах экологического мониторинга воздействий техногенных факторов на природную среду нефтедобывающих регионов. Рассмотрены проблемы создания региональных центров космического мониторинга окружающей среды, базирующегося на современных информационно-космических технологиях. Описана структура технических средств, математическое и программное обеспечение информационно-космических технологий. Изложены вопросы оценки экологических воздействий, приведены примеры практического применения космических технологий для экологического мониторинга нефтедобывающих территорий Западной Сибири.
На рис.5.4 дана схема диагностики состояния ОС и экосистем по космическим снимкам.
Рис.5.4. Диагностика состояния экосистем по космическим снимкам
Как видно на рис.5.4, интерпретация результатов дистанционного зондирования и оценка состояния территории ОС невозможна и не точна без комплекса наземных исследований, включающих биологическую диагностику для корректирования космических наблюдений.
Сравнительный анализ результатов наземных исследований и обработки космической информации выявил определенные ограничения в использовании дистанционных методов для диагностики состояния экосистем. Это имеет существенное значение при интерпретации космических снимков в мониторинге территорий и выделении территорий различной экологической напряженности (зон катастроф, чрезвычайных ситуаций и предельно допустимых нагрузок). То же дают и карты ГИС.