Введение к работе
Актуальность темы. Аварийные сбросы в водные объекты во
всем мире стали одним из источников экстремальных экологических
ситуаций. Загрязняющие вещества, попадая в водотоки, стремительно
распространяются на большие расстояния, загрязняя источники
водоснабжения, мешая водопользованию, вызывают гибель рыб и
животных, загрязняют заливные луга, орошаемые
сельскохозяйственные территории. В зависимости от количества и типа сброшенных веществ, восстановление речной экосистемы после сброса может занять годы.
Загрязнения водных объектов происходят в результате техногенных аварий, масштабы которых по данным статистических исследований увеличиваются за последние десятилетия, как результат развития производства. Аварийное загрязнение может происходить и в результате природных экстремальных явлений, приводящих к чрезвычайным экологическим ситуациям. Примером этого могут являться паводки, наводнения, которые сносят химические склады и шламохранилища, размывают захоронения токсичных веществ. Еще одним источником аварийного попадания в водные объекты загрязняющих веществ является этап их транспортировки: железнодорожный, танкерный, трубопроводный.
Анализ крупных аварий,, обзор отечественных разработок, зарубежный опыт разработки и эксплуатации систем предупреждения и защиты речной сети от аварийных сбросов показал, что создание всеобъемлющей системы предупреждения и защиты речной сети и жизненно зависящих от нее населения, промышленного производства, сельского хозяйства от загрязнения аварийными сбросами, которая может быть названа «Сеть Речной Безопасности» - СРБ, является актуальной проблемой. Цель этой системы - повышение безопасности населения и, в частности, источников питьевого водоснабжения в случае аварийных ситуаций, которые могут отразиться на состоянии реки или ее притоков, а также защита окружающей среды от последствий таких аварий.
Центральным компонентом сети речной безопасности являются компьютерные модели, позволяющие оценивать и прогнозировать развитие аварийной ситуации, правильно планировать ликвидационные мероприятия и управление водоснабжением в условиях аварийного сброса, тем самым значительно минимизировать ущерб.
В настоящее время разработано достаточно много моделей переноса загрязнений в реках. Накопленный опыт эксплуатации СРБ и опыт использования моделей прогнозирования распространения загрязняющего вещества для оценки аварийной ситуации в рамках СРБ позволяет выявить ряд специфических требований к системе прогноза переноса примеси. Разработка новых подходов к созданию систем прогноза переноса примеси, определяемых требованиями к системе, как компонента СРБ, а также модификация существующих и поиск новых методов и алгоритмов, представляет весьма актуальную задачу для дальнейшего развития действующих и проектируемых сетей речной безопасности.
Цель и задачи диссертационной работы: Целью данной диссертационной работы является разработка методики построения компонентов СРБ, обеспечивающих экспертную оценку и прогноз переноса загрязняющих веществ при аварийных сбросах. _ Для достижения этой цели решены следующие задачи:
- выполнен анализ существующих и разрабатываемых сетей
речной безопасности, опыта их эксплуатации, моделей переноса
примеси;
сформулирован комплекс требований к системе прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки, как компонента СРБ;
разработаны методика построения системы прогнозирования переноса загрязняющих веществ, алгоритмы расчетов, комплекс компьютерных программ и сопутствующие базы данных;
система реализована для различных бассейнов рек.
Предмет исследования - компоненты сети речной безопасности, модели переноса загрязняющих веществ.
Методы исследования - методы системного анализа, численное, компьютерное моделирование.
Научная новизна. Разработана методика построения системы прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, позволяющая использовать предложенную модель и программный комплекс в качестве компонента СРБ, а также как самостоятельный программный продукт.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Комплекс требований к системе прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки как компоненту СРБ, учитывающий специфику российских условий (природно-техногенные, техническую оснащенность, существующие потоки информации).
-
Система прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, объединяющая известные и ряд новых модификаций м.етодов расчетов (упрощенная двумерная модель для расчета начального перемешивания на нестационарный сброс; использование метода функций связи и вид самих функций для учета транзитных свойств водохранилищ5 и застойных зон в масштабах бассейна и для решения проблемы трансграничного переноса загрязнений) и разработанная в виде комплекса согласованных компьютерных программ с дружественным интерфейсом пользователя.
2. Структура информационной базы для системы прогнозирования распространения загрязняющих веществ в бассейне реки, ориентированная на использование в сети речной безопасности.
Практическая значимость, реализация результатов работы.
Разработанные на основе выработанных подходов и требований системы моделирования переноса загрязняющих веществ при аварийных сбросах использовались и используются для оценки состояния и прогнозирования последствий аварийных сбросов в водный объект, для оперативного реагирования на аварийную
ситуацию и принятия адекватных мер по защите водного объекта, населения, ограничению и ликвидации ущерба в Нижне-Обском (для бассейна реки Туры), Бельском (для бассейна реки Белой), Южно-Уральском (для бассейна реки Миасс) бассейновых водохозяйственных управлениях, Оренбургском комитете по охране природы (для бассейна реки Урал) и при разработке Федеральной Целевой Программы «Защита Приморского Края от наводнений» (бассейны рек Партизанская и Раздольная).
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались и обсуждались на следующих российских и международных научно-технических конференциях и семинарах: школа-семинар В.Г. Пряжинской «Методы системного анализа», Москва, 1994; Российская научно-практическая конференция «Экосистемный подход к управлению водными ресурсами в бассейнах рек», Екатеринбург, 1994; Российская научно-практическая конференция «Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий», Уфа, 1994; Международная конференция по мониторингу, Беекберген, Нидерланды, 1994; Международная конференция по разрушительному действию воды: природные катаклизмы, вызванные водой, борьба с ними и контроль, Анахейм, США, 1996; Международный симпозиум «Чистая вода России-97», Екатеринбург, 1997; Международная выставка-семинар «Уралэкология-97», Екатеринбург, 1997; Международная конференция по качеству, управлению и доступности данных для гидрологии и управлению водными ресурсами, Кобленц, Германия, 1999; Международный симпозиум «Чистая вода России-99», Екатеринбург, 1999; Международный форум «Великие реки», Нижний Новгород, 1999; Международная выставка и конференция «Природные ресурсы стран СНГ», «Акватерра», Санкт-Петербург, 1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 110 страницах, включает 13 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 109 наименований.