Введение к работе
Актуальность работы Свердловская область занимает третье место в России по степени загрязнения воздушного бассейна Темп роста объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух оценивается в 5-7% в год, что обусловлено значительной концентрацией в населенных пунктах промышленных предприятий, наличием залповых и аварийных выбросов при нестабильном режиме работы производства, отсутствием или неэффективной работой газоочистного оборудования
Из-за недостаточного контроля систем газоочистки со стороны персонала предприятий большая часть оборудования работает не в проектных режимах, а часто не работает вообще Проблема усугубляется использованием устаревших технологий и значительной долей основных фондов с высоким моральным и физическим износом
Серьезную озабоченность вызывает ситуация в крупных промышленных центрах, связанная с загрязнением воздуха автомобильным транспортом Санитарно-гигиеническая обстановка в периоды неблагоприятных метеоусловий имеет чрезвычайный характер. Неудовлетворительное состояние автомагистралей в городе приводит к тому, что кроме вредных выбросов отработавших газов в атмосферный воздух поступает значительное количество твердых частиц Причем, вещества, выбрасываемые автотранспортом, поступают непосредственно в приземный слой атмосферы и значительно хуже рассеиваются в черте городской застройки, чем выбросы от стационарных источников, поступающие в атмосферу на большой высоте
Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха кроме автотранспорта вносят предприятия топливно-энергетического и металлургического комплексов
Существующий уровень загрязнения атмосферного воздуха в городах Свердловской области снижает ее инвестиционную привлекательность и является серьезным препятствием для развития в области наукоемких технологий и туристического бизнеса
В настоящее время мониторинг загрязнения воздушной среды городской агломерации Екатеринбурга выполняется отдельными стационарными станциями и постами Уральского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Редкая сеть станций мониторинга не. позволяет непосредственно контролировать реальное пространственно-временное состояние воздушной среды с необходимой детальностью и оперативностью
Возникает проблема выбора сценариев уменьшения эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации, при реальных ограничениях на имеющуюся информацию, включающую в себя результаты наблюдений на существующих станциях мониторинга, кадастры объектов-загрязнителей и метеорологические данные о воздушных потоках Под сценарием понимается воображаемая, но не
противоречащая известным закономерностям последовательность действий и вытекающих из них событий, которые могут произойти в будущем с исследуемой системой
Тема диссертации поддержана грантом РФФИ № 04-01-95096
Объект исследования. Процедуры поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации
Предмет исследования. Методология и инструментарий оценки эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации при различных сценариях функционирования источников загрязнения и структуре наблюдательной сети
Цель и задачи исследования.
Разработать методику, алгоритмы и программное обеспечение, создающие основу системы поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации с учетом реально имеющейся информации
Исходя из цели работы автором, были поставлены и решены следующие задачи
1 Разработать схему вычислительного эксперимента, позволяющего оценить в реальном времени распределение концентрации загрязнителей в атмосферном воздухе при известных метеоусловиях и режимах функционирования источников загрязнения
2. Разработать методику определения вероятностей обнаружения выбросов от стационарных источников загрязнения при известной динамике изменения метеоусловий и заданном взаимном расположении наблюдательных постов и источников загрязнения
3 Разработать макетный образец автоматизированной системы поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы вычислительного эксперимента, математической статистики, системного анализа, объектно-ориентированного анализа и проектирования, математического моделирования
Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту, заключаются в следующем
1 Предложена концепция системы поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации, использующая многократное решение прямой задачи распространения загрязнения от стационарных источников при известных режимах их работы, контролируемых метеоусловиях и варьируемом расположении наблюдательных постов
Выбор сценариев уменьшения эколого-экономического ущерба должен производиться с учетом прогноза, учитывающего динамику изменения количества и интенсивности движения транспорта на территории городской агломерации, а также динамику генерации выбросов при работе стационарных источников загрязнения
-
Предложено производить идентификацию источников загрязнения, нарушающих предельно допустимые выбросы, на основании сопоставления результатов наблюдения концентраций загрязнителей на стационарных наблюдательных постах и результатов решения прямой задачи распространения этих загрязнителей от источников выбросов
-
Разработан макет системы поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации
Научная новизна. Научная новизна работы состоит в том, что:
-
Разработана система поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, отличающаяся от известных наличием программных модулей, позволяющих оценить в реальном времени распределение концентрации загрязнителей в атмосферном воздухе при известных метеоусловиях и режимах функционирования источников загрязнения
-
Предложена структура упрощенной динамической модели загрязнения атмосферного воздуха, позволяющая при минимальной априорной информации решить прямую задачу распространения загрязнений от стационарных источников
-
Установлена возможность идентификации источников загрязнения, нарушающих предельно допустимые выбросы, по результатам наблюдения концентраций загрязнителей на стационарных наблюдательных постах при известной динамике распространения этих загрязнителей от источников выбросов
-
Предложено производить распознавание источников загрязнения, нарушающих предельно допустимые выбросы, путем сопоставления сочетаний загрязнителей, выявленных при обработке экспериментальных Данных, с расчетными сочетаниями, полученными путем решения уравнений массопереноса при известных объемах выбросов и метеоусловиях, определяющих условия распространения загрязнителей
Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов обеспечивается корректным использованием численных методов, сопоставлением результатов моделирования и экспериментальных данных, сопоставлением полученных результатов с известными результатами, содержащимися в научной и справочной литературе, а также успешным внедрением выполненных разработок
Практическая ценность работы. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанное алгоритмическое и программное обеспечение позволяет для конкретной городской агломерации с
использованием реально имеющейся информации произвести выбор наилучшего сценария уменьшения эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха Система поддержки принятия решений может быть использована в учебном процессе
Личный вклад автора состоит в разработке и исследовании процедур поддержки принятия решений, направленных на уменьшение эколого-экономического ущерба, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха в городской агломерации, а также в разработке информационного, алгоритмического и программного обеспечения системы
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы Министерством промышленности, энергетики и науки Свердловской области для разработки требований к автоматизированной системе мониторинга загрязнения атмосферного воздуха Материалы диссертации включены в учебные курсы для студентов специальности «Автоматизированные системы обработки информации и управления» направления 654600 - «Информатика и вычислительная техника» Уральского государственного горного университета, г Екатеринбург
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Уральской горнопромышленной декаде (г Екатеринбург, 2005 г), Третьих научных чтениях памяти Ю П Булашевича «Глубинное строение Геодинамика Мониторинг Тепловое поле земли Интерпретация геофизических полей» (г Екатеринбург, 2005 г), XXXIII сессии Международного семинара им Д Г Успенского «Геологическая интерпретация гравитационных, магнитных и электрических полей» (г Екатеринбург, 2006 г.)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе в одной публикации в издании, рекомендованном ВАК
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 161 странице машинописного текста, включая 33 рисунка, 22 таблицы, и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 74 источников отечественных и зарубежных авторов, четырех приложений
