Модели эколого-экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат физико-математических наук Евдокимова, Ольга Владимировна

• Евдокимова, Ольга Владимировна
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Евдокимова, Ольга Владимировна

Введение

1.Постановка исследуемых задач.

1.1 Распространение ЗВ в многослойной среде. Уравнение переноса.

1.2 Введение безразмерных параметров краевой задачи

1.3. Решения задач распространения ЗВ в слоистой атмосфере.

1.4. Метод разрывных решений

1.5 Решения задач распространения ЗВ в однослойной атмосфере

1.6. Решения задач распространения ЗВ в двухслойной атмосфере

1.7. Решения задач распространения ЗВ в трехслойной атмосфере

2. Исследование осаждения ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности

2.1.Вывод интегральных уравнений об осаждении ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности

2.2. Случай двух подстилающих поверхностей в виде полуплоскостей. Точное решение.

2.3. Приближенное решение системы интегральных уравнений. Выражденные и погранслойные составляющие решений.

3. Метод эколого -экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий.

4. Расчеты осаждения ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели эколого-экономических оценок дизайна зон вблизи загрязняющих предприятий»

Задачей настоящей работы является исследование динамических процессов, происходящих в экосистемах при выбросах в атмосферу различных загрязняющих веществ ( в дальнейшем-ЗВ) -аэрозольных субстанций промышленными предприятиями, автомагистралями, другими источниками загрязнения окружающей среды, и решение некоторых связанных с этим задач практического характера, в первую очередь направленных на сохранение здоровья населения, создания благоприятных зон рекреации, экологически целесообразного проектирования предприятий и окружающих их территорий, как максимально способствующих минимизации вредного воздействия на человека. Сюда же относится разработка численных алгоритмов, позволяющих выполнять оперативный расчет и удобное, графическое представление результатов.

Проблема загрязнения окружающей среды является одной из наиболее остро стоящих в настоящее время перед человечеством экологических проблем. Она неизбежно связана с промышленным развитием современной цивилизации и, как показывает анализ, негативные тенденции в экологии, сопутствующие этому процессу, в ближайшие годы будут сохраняться и возрастать, увеличивая вероятность возникновения, связанных с этим экстремальных ситуаций.

Для правильной оценки критической ситуации и выработки эффективных и экономически приемлемых решений, направленных на полную ликвидацию или снижение отрицательных последствий, важно получить объективную целостную картину происходящего, достаточно полную и обозримую.

При решении подобных задач может принести ощутимую пользу инструмент математического моделирования соответствующих экологических процессов и использование средств современной вычислительной техники.

Поэтому исследованиям, связанным с математическим моделированием в области охраны окружающей среды и, в частности, вопросам моделирования таких процессов, как распространение загрязняющих веществ в атмосфере и водной среде, в настоящее время уделяется особое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом.

В США, Японии, многих европейских странах математические модели широко используются для оценки выбросов загрязняющих веществ в атмосферу вместе с отработанными газами автомобилей. Модели загрязнения воздушного бассейна используются в качестве инструмента исследования атмосферных процессов, влияющих на загрязненность приземного слоя атмосферы [35, 36, 37, 38].

При этом для многих практически используемых моделей характерны значительные упрощения при описании происходящих процессов и выполнении соответствующих расчетов. Это связано с тем, что точное решение уравнений, описывающих распространение загрязняющих веществ, - сложная и трудоемкая задача. Поэтому многие модели используют приближенные решения. Известны компьютерные реализации таких моделей распространения загрязняющих веществ, используемые в Японии и США: РТМАХ, PTDIS, РТМТР, CRSTER, PAL, RAMR, APRAC, CDM, HYWAY, CDMQC, RAM, VALLEY и др.

Первые шесть позволяют моделировать выбросы точечных источников на открытой местности с плоским рельефом. В них использованы параметры рассеивания примесей, рассчитанные по уравнению Пасквилла-Джиффорда. Другая группа моделей, в которую входят CDM, CDMQC, APRAC, RAM, может быть использована для расчета выбросов в городских районах.

Модель HIWAY применяют для моделирования автомагистралей (в мелкомасштабной постановке), PAL - при расчете концентрации загрязнителя вблизи аэродромов.

Значительное количество математических моделей процессов распространения загрязняющих веществ применяется при исследовании влияния на загрязнение прилегающих территорииторий шлейфов промышленных выбросов от ТЭС и других крупных источников в городах и промышленных центрах [36].

Анализ практически используемых в настоящее время компьютерных реализаций моделей процессов загрязнения окружающей среды показывает, что несмотря на их количество, область применения имеющихся разработок существенно ограничена в связи со сложностью и масштабностью описываемых явлений и рядом объективно возникающих при этом трудностей, что подтверждает необходимость проведения дальнейших исследований.

Значительный вклад в развитие этих исследований внесли такие ученые, как Алоян А.Е., БерляндМЕ., ВызоваНД ВоровичКИ., ГорспсоАБ., Домбровский ЮА, ДымниковВИ, МарчукГИ., Обухов АМ, Орленко ЛР., Паненко АБ., Семенчин ЕА, Сурков ФА и другие. , Различные аспекты математического моделирования развиваются в работах Гладского И.Б., Зарецкой М.В., Кособуцской Е.В.,, и посвящены моделированию в стратифицированной атмосферы.

В настоящее время имеется большое количество работ, посвященных математическому моделированию явлений, связанных с загрязнением атмосферы и воды за счет диффузионного распространения загрязняющих веществ [7, 8, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 32, 33].

Эти работы посвящены прежде всего построению моделей, позволяющих либо прогнозировать поведение экосистемы при различных стратегиях загрязнения на длительном временном интервале, либо исследовать поведение системы "глобально", значительно упрощая модели источников, заменяя их 8-функциями при неограниченном окружающем пространстве.

В то же время модели, связанные с возможностью блокирования или резкого уменьшения распространения загрязнителей, их нейтрализации, фильтрации или поглощения, используя простейшие и доступные на этапе строительства или реконструкции территорий средства, практически не рассматриваются. Особенно такие модели актуальны для целей оздоровления экологической обстановки в промышленных местностях, когда в наличии имеются как источники загрязнения среды, так и зоны осаждения или поглощения загрязняющих веществ.

Другой проблемой, возникающей на практике, является то, что многие используемые при моделировании подходы требуют в своей реализации проведения трудно выполнимых расчетов и, что существенно усложняет их практическое использование - наличия большого объема исходной информации для задания начальных и граничных условий, получить достоверные значения которой зачастую оказывается проблематичным.

В фундаментальной монографии Г.И. Марчука [26], посвященной математическому моделированию проблем, связанных с охраной окружающей среды, развитые методы позволяют дать общий анализ решения широкого класса задач расчета распространения загрязнителей в атмосфере, стоимости мероприятий по реализации защитных мер и т.д.

Однако, достаточно точного описания локального состояния окружающей среды этим методом получить не просто.

Практически не изученным до настоящего времени остается вопрос о характере распространения примесей в многослойной стратифицированной атмосфере, что может наблюдаться в реальности, как это было, например, в Чернобыле. Исследования в этой области выполнены в ряде работ в Кубанском государственном университете и позволили с одной стороны упростить и сделать, с учетом достижений гидрометерологии, постановку задач о распространении ЗВ значительно более точной и доступной для правильного введения необходимых данных в уравнения, с другой стороны-сделать эти задачи практическими и значимыми для применения.

Это становится вполне реализуемым, поскольку в настоящее время имеются технические средства, лазерные измерители скорости ветра, позволяющие оперативно определять локально над интересующим объектом поле скоростей ветра, слоистость атмосферы, а для некоторых примесей - и их концентрацию на различных высотах.

И совсем мало работ, только единицы, посвящены отечественными и зарубежными исследователями изучению вопросов учета разнотипности зон осаждения ЗВ при их оседания на поверхность Земли.

Это связано с одной стороны с усложнением задачи, когда она рассматривается в такой постановке и традиционные методы решения не применимы, с другой стороны -с кажущейся не существенностью учета этого факта. В диссертации показано, что различные типы подстилающих поверхностей аккумулируют ЗВ таким образом, что их концентрация может разниться на несколько порядков. В результате разнотипные подстилающие поверхности приобретают способность регуляторов поддержания нужного уровня состояния окружающей среды в частности, поверхности Земли, подвергающейся загрязнению оседающими ЗВ вблизи предприятий или других источников выбросов.

В диссертации рассматриваются задачи оценки последствий осаждения ЗВ на разнотипные подстилающие поверхности, выброшенных в многослойную атмосферу. Оцениваются варианты подбора подходящих с позиции уровня концентрации ЗВ зон рекреации вблизи предприятий, ищутся наиболее безопасный зоны расположения жилых и других объектов, нуждающихся в экологической защите.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, содержащих 10 подразделов и заключения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Евдокимова, Ольга Владимировна, 2000 год

1.М. Асимптотическое решение контактной задачи для слоя. ПММ, 1969, т.ЗЗ, вып. 1.

2. Арсеньев Ю.Н., Шелобаев СИ. Анализ, синтез, и оптимизация социо-техно-экономических систем: надежность, безопасность, эффективность, качество.- М., Высшая школа, 1998

3. Бабешко В.А., Гладской И.Б., Зарецкая М.В., Косо-буцкая Е.В. К проблеме оценки выбросов загрязняющих веществ источниками различных типов // Доклады РАН, 1995, Т. 342, №6 с. 835-838

4. Бабешко В.А., Гладской И.Б., Зарецкая М.В., Косо-буцкая Е.В. К вопросу моделирования экосистемы Азово-Черноморского региона // Региональная научная конференция "Современные проблемы экологии" ,Тезисы докладов. Часть II. Красно дар-Анапа, 1997

5. Бабешко В.А., Глушков Е.В., Зинченко Ж.Ф. Динамика неоднородных линейно-упругих сред. М.: Наука. 1989. 344 с.

6. Бабешко О.М., Евдокимова О.В, Евдокимов С.М. Об учете типов источников и зон оседания загрязняющих веществ. Доклады РАН, Т. 371, №1,2000.

7. Бабешко О.М., Евдокимов С.М, Евдокимова О.В К оценке эколого-экономической целесообразности дизайна рекреаций предприятий. Известия высших учебных заведений, СевероКавказский регион, Естественные науки, № 3, 1999, с.115-117.

8. Берлянд М.Е. Соврменные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1975.

9. Бызова Н.Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

10. Вызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов E.H. Эксперимен-тальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 280 с.

11. Вызова Н.Л., Иванов E.H., Гаргер Е.К., Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 264 с.

12. Виссмен У., Харбаф Т.И., Кнэпп Д.У. Введение в гидрологию.- Л., 1979.

13. Воеводин А.Ф., Шугрин С.М. Численные методы расчета одномерных массивов. Новосибирск, 1981.

14. Воеводин А.Ф., Шугрин С.М. Численный расчет одномерных течений воды в системах речных русел и каналов. В кн: Динамические задачи механики сплошных сред. Вып. 35. Новосибирс, 1978.

15. Ворович И.И., Александров В.М., Бабешко В.А. Неклассические смешанные задачи теории упругости. М.: Наука. 1974. 456 с.

16. Ворович И.И. и др. Рациональное использование водных ресурсов бассейна Азовского моря. М., Наука, 1981.

17. Высоцкий В.Н., Чеберкус Ф.В., Степашко B.C. Спра-вочник по типовым программам моделирования. -Киев, 1980.

18. Крамер Н.Ш. и др. Исследование операций в экономике. М.: ЮНИТАД997.

19. Ладыженская O.A. Математические вопросы в дина-мике несжимаемой жидкости. М., Наука, 1970.

20. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М., 1982.

21. Марчук Г.И. Численное решение задачи динамики атмосферы и океана. Д., Гидрометеоиздат, 1974.

22. Марчук Г.И. Окружающая среда и некоторые проблемы оптимизации. Новосибирск, 1975. Препринт ВЦ СО АН СССР.

23. Марчук Г.И. Окружающая среда и проблемы оптими-зации размещения предприятий. // Жур. ДАН СССР, 1976, 227, №5.

24. Марчук Г.И. Некоторые проблемы охраны окружающей среды. //В кн.: Комплексный анализ и его приложения. М., Наука, 1978.

25. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М., Наука, 1980.

26. Марчук Г.И., Дымников В.П., Залесный В.Б. Матема-тические модели в геофизической гидродинамике и численные методы их реализации. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 296 с.

27. Марчук Г.И., Пененко В.В., Алоян А.Е., Лазриев Г.Л. Численное моделирование микроклимата города. // Жур. Метеорология и гидрология, 1979, N8

28. Монин A.C., Обухов А.Н. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы. Труды Геофизического института, АН СССР, 1954, N24 (151).

29. Наац И.Э., Семенчин Е.А. Математическое моделиро-вание динамики пограничного слоя атмосферы в задачах мониторинга окружающей среды. Ставрополь: издательство СГПУ, 1995. 196 с.

30. Обухов А.М. Турбулентность и динамика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 414 с.

31. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 424 с.

32. Пененко В.В., Алоян А.Е., Лазриев Г.Л. Численная модель локальных атмосферных процессов. // Жур. Метеорология и гидрология, 1979, N4.

33. Рациональное использование водных ресурсов бассейна Азовского моря / Под ред. И.И. Воровича. М.: Наука, 1981. 360 с.

34. Семенчин Е.А. Аналитические решения краевых задач в математической модели атмосферной диффузии. -Ставрополь: СКИУУ, 1993. 142 с.

35. Яглом А.М. О турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы. // Изв. АН СССР , ФА и О, 1972, 9, N6.

36. Феодосьев В.В. и др. Экономико-математические методы и Прикладные модель.ЮНИТИ, Москва, 1999, 392с.

37. Шелобаев С.И. Математические методы и модели. ЮНИТИ, Москва, 2000, 368с.

38. Шелобаев С.И. Шелобаева И.С. Моделирование безопасностифункционирования сложных производственных систем и субъектов хозяйствования. Доклады II Международной научно-технической конференции, М., 1998, с 715-726.