Анализ унифицированных программ расчета степени загрязнения окружающей среды

Наличие хотя бы совместимых программных средств, общих алгоритмических и программных интерфейсов позволило бы проводить действительно комплексное экологическое моделирование и прогнозирование в городе.

Сформулируем перечень наиболее распространенных программно-математических комплексов, применяемых при решении экологических задач. В иерархическом порядке от уровня сбора информации до решения организационных экологических проблем перечень выглядит следующим образом:

- программное обеспечение автоматических станций контроля качества воздуха, воды, включая опрос анализаторов, первичную обработку данных, передачу их через модем в центр сбора информации;

- алгоритмическое и программное обеспечение центров сбора первичной информации, включая организацию и обработку первичных баз данных, программ сбора информации от ведомственных систем контроля, совместного их анализа и составления обобщенных справок;

- алгоритмическое и программное обеспечение сети передачи данных по городу, включая стандартные системы типа Internet;

- автоматизированное рабочее место специалиста-эколога;

- алгоритмы и программы расчета экологического ущерба, модели переносов загрязнений от точечных и протяженных источников;

- геоинформационные системы.

Построение полей загрязнения атмосферы на городских территориях необходимо для хозяйственной и строительной деятельности. Эту задачу можно решить множественными непосредственными измерениями в городе, а также с помощью методов и программ моделирования.

Если бы можно было поставить в каждую точку территории измерительную аппаратуру, то моделирование было бы ненужным. Но это слишком дорого, а иногда в принципе невозможно, поэтому моделирование оказывается экономически целесообразным, а иногда и единственно возможным способом построения полей загрязнения территории.

Моделированию переноса загрязнений в городах посвящено множество работ отечественных и зарубежных специалистов. Наиболее распространена следующая методика построения полей загрязнений.

Для городской территории описываются характеристики основных источников выбросов – ТЭЦ, РТС, заводов, автотрасс и т. п. Описывается городской ландшафт, параметры застройки, метеорологическая ситуация. Используя специальные формулы расчетов рассеивания примесей в атмосфере, вычисляют концентрации загрязняющих примесей в каждой точке и строятся поля загрязнений. Модели и программы расчета по данной методике называются обычно экстраполяционными.

Для оперативных расчетов полей загрязнений атмосферы можно использовать также следующую методику. В некоторых точках города с помощью стационарных автоматических станций измеряются концентрации загрязняющих примесей в воздухе. Затем с учетом городского ландшафта и метеообстановки рассчитываются значения концентраций примесей в точках, расположенных между каждыми двумя близлежащими станциями. На основании расчетных и реальных данных строятся поля загрязнений. Так как для расчета используются методы интерполяции, то модели и программы называются интерполяционными.

Большое практическое значение имеет и решение обратной задачи, при которой по данным предельным концентрациям определяется мощность источника, дающего такие значения. Обратная задача решается при расчете т. н. ПДВ – предельно допустимых выбросов предприятий, на основании которых в России устанавливаются размеры платежей в экологические фонды.

Рассмотрим математические аспекты, а также вопросы точности различных моделей.

В экстраполяционных моделях расчет рассеивания от точечных источников строится на базе т. н. уравнений баланса. Суть уравнения баланса можно иллюстрировать простым примером. Пусть внутри объема V, например, шара, с поверхностью S находится источник вещества с удельной концентрацией а и скоростью притока е. Обозначим скорость движения вещества по нормали к поверхности пространства (шара) через А, элемент объема – через dV, а элемент поверхности – dS. Тогда процесс рассеивания в пространстве описывается простым уравнением.

Экологические заметки

Состояние воздушной среды и ее основные естественные и искусственные загрязнители
До самого последнего периода истории Земли живые системы планеты эволюционировали почти в полной гармонии с атмосферой, литосферой и гидросферой, не испытывая влияния человеческой ...

Региональный комплекс загрязнений окружающей среды (на примере г. Тольятти)
На современном этапе своего развития общество все больше сталкивается с проблемами обеспечения экологической безопасности сформировавшихся эколого-экономических систем и их структу ...

Синергизм в плане загрязняющих веществ
Уже давно предполагали, что воздух, которым мы дышим, является одним из факторов внешней среды, которые в определенных условиях могут вызывать заболевания. Однако до сравнительно н ...