Введение к работе
Особенности распространения излучения света в морской воде определяют характер энергообмена, прогревание воды, инсоляцию фотической зоны. При этом энергообмен и прогревание вод имеет определяющее влияние на формирование климата Земли, а инсоляция фотической зоны - продуктивность вод Мирового океана. Оптические свойства морской воды мало меняются от вариаций физического состояния самой воды, но в значительной мере оказываются зависимы от количества и состава содержащейся в ней примеси. Поэтому по оптическим свойствам вод можно судить о количественном и качественном составе примесей - взвешенных и растворенных. Через распределение примесей может быть определено состояние множества процессов динамического, биологического или химического происхождения. При этом контроль протекания многих океанологических процессов по оптическим свойствам может быть выполнен наиболее экспрессно, с достаточной точностью, без ощутимого искажающего воздействия - неконтактно. Отмеченные достоинства оптических методов делают их применение предпочтительнее прямых измерений свойств, а иногда они безальтернативны, как например при дистанционных наблюдениях. Морская вода и примеси в ней, взаимодействуя со светом, изменяет его характеристику - поглощая часть энергии в актах сопротивления перемещению фотонов, рассеивая её при отражении и дифракции на частицах и неоднородностях плотности, изменяя степень и вид поляризации в результирующей радиации. Все эти виды воздействия по своей величине отдельно и в совокупности способны характеризовать многие свойства самой среды распростране-ния.
Оптические методы используются в океанографии для контроля поля примесей, процессами физического или химического преобразования частиц, транспорта и утилизации материалов, внесенных источниками для оценки физических, химических свойств морской воды, для наблюдения за поведением биологических объектов и пассивной взвеси, экологического мониторинга. Широкое распространение в океанологической практике получили измерения показателя ослабления света. Это произошло в начале 60-х годов столетия с появлением достаточно чувствительных приемников света и создания измерителей на их основе.
Многообразие актов взаимодействия света с морской водой, делает, с одной стороны, оптические методы универсальными. С другой - множественность воздействий требует для расшифровки оптической информации разработки особых методик выделения подконтрольного процесса, формирующего оптическое поле.
СВЯЗЬ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ, ПРОЕКТАМИ, ТЕМАМИ Диссертационная работа является обобщением исследований проводившихся в соответствии с плановой тематикой института в рамках выполнения проектов "Чёрное море"(№ ГР 0195U012256), "Динамика экосистем" (№ rP0194U44413) Национальной программы исследований и использования ресурсов Азово-Черноморского бассейна и темы "Экотон" (К ГР 0195U024765), включённой в ведомственный план Национальной Академии наук Украины по фундаментальным исследованиям.
Исследование состояния и изменчивости полей показателя ослабления света морей Атлантического океана Тропической и Субтропической зон (Саргассова, Карибского и Чёрного моря), районов у побережья Гвинеи и над Срединно-Атлантическим хребтом, в широком диапазоне пространственно-временных масштабов, в зависимости от гидрологической ситуации, климатических условий, биологической активности и вида динамических процессов, формирующих оптические свойства. Все исследования основаны на натурных измерениях, выполненных при участии соискателя.
Создана новая буксируемая аппаратура и методика измерений поля показателя ослаблешія света, которые обеспечили выполнение комплексных натурных экспериментов по определению основных океанологических процессов, формирующих оптические сзойстеа в морях Атлантического океана.
Выявлены новые региональные, структурные и пространстЕешю-времепкые закономерности распределения н изменчивости показателя ослабления света для морей Атлантического океана (Саргассова, Карибского и Чёрного), в срединном и прибрежном районах Тропической зоны Атлантики, вдоль поверхности, на основе измереїшй по горизонтали на протяжённых (тысячи миль) трассах и по вертикали, от поверхности до глубины 1000 м.
Для Черного моря по многолетним наблюдениям сделаны пространственно-временные оценки характерных особенностей вертикального распределения показателя ослабления света и определения уровня связи его с основными формирующими океанологическими процессами.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Практическая ценность выполненных исследований выражена в следующих положениях:
-
Разработка буксируемых прозрачномеров, пригодных к использованию практически на любых, специально не приспособленных судах и неподвижных платформах, для продолжительных непрерывных измерений показателя ослабления света на одном из участков видимой области спектра, температуры воды и глубины хода в невозму-щёниом корпусом судна-буксировщика подповерхностном слое вод, при скорости буксировки до 15 узлов или зондирования до 500 м (с конструктивными решениями защипанными авторскими свидетельствами).
-
Отработанная методика измерений поля показателя ослабления света в поверхностном слое вод океана на ходу судна.
-
Определения характера, формы и преобладающих размеров оптических неод-нородностей в поверхностном слое морей Атлантического океана, связанных с гидрологическими, биологическими и химическими условиями, динамическими особенностями и рельефом дна.
-
База данных из особенностей вертикального распределения показателя ослабления света водами Черного моря (оптических параметров) за многолетний период, которая использована для изучения гидрооптического режима верхнего 300-метрового слоя моря.
-
Оценки глубинных особенностей вертикальной структуры поля показателя ослабления света в Чёрном море за многолетний период для изучения характера и природы этих слабоизучекных оптических феноменов.
-
Натурные эксперименты, демонстрирующие "in situ" процессы изменения концентрации взвешенного вещества у границы залегания сероводорода вследствие смешивания вод аэробной и анаэробной зон при опускании примесей в антшдаклоіагіе-ских вихревых образованиях и при подъема - з циклонических круговоротах моря.
-
Использование спектральных измерений, индекса деформации спектра показателя ослабления света для определения горизонта сиекы характера оптяческой стра-
тификацни вод, наблюдаемой вблизи границы между аэробной и анаэробной зонами моря в центрах циклонических круговоротов, где глубинный мутный слой отсутствует.
Автором выполнены: проектирование буксируемых прозрачномеров, их морские испытания, разработка методики буксировки, внедрение ее в практику экспедиционных измерений. Разработана и внедрена методика первичной обработки материалов буксировки. С участием автора планировались и проводились описанные эксперименты, им интерпретировались результаты измерений, проводилось обобщение материалов наблюдений для их опубликования.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертации докладывались на всесоюзных и международных конференциях, всесоюзных океанографических съездах, симпозиумах и пленумах рабочей группы по оптике океана, комиссии по проблемам мирового Океана АН СССР, АН УССР и НАН Украины.
1-ый Всесоюзный съезд советских океанологов, Москва, 1977; Конференция по результатам совместных советско-гвинейских экспедиций у берегов Гвинеи, Конакри, 1978 г,
7 пленум Рабочей группы по оптике океана АН СССР, АН ЭССР, Таллинн, 1980;
5-я Всесоюзная школа, Автоматизация научных исследований морей-и океанов. Севастополь, МГИ АН УССР, 1980, Всесоюзная конференция "Технические средства изучения и освоения океана", Океанотехника-81, Севастополь, 1981;
2-ой Всесоюзный съезд океанологов, Севастополь, МГИ АН УССР, 1982;
9-ый пленум Рабочей группы АН СССР по оптике океана и атмосферы, Ленинград, ГОИ, 1982;
6-ой пленум Рабочей группы по оптике океана (Комиссия АН СССР по проблемам Мирового океана), 29 окт.- 3 нояб., 1979 г., Баку, 1983;
The International Union of Geodesy and Geophysics. XY111 General Assembly, Humburg, 1983;
Конференция "Совершенствование управления развитием рекреационных систем, Севастополь, 4-6 апр. 1985;
Всесоюзная конференции "Техшгаеские средства изучения и осеоєния океана", Океанотехника-85, Севастополь, 1985;
Всесоюзная конференция "Совершенствование управления и развития рекреационных систем", Севастополь, 23-25 окт., 1986;
3-ий Всесоюзный съезд советских океанологов, Ленинград, 1987;
10-ый пленум по оптике океана, Ростов-на-Дону, сентябрь, 1988;
11-ый пленум Рабочей группы по оптике океана. Комиссия по проблемам Мирового океана АН СССР, Красноярск, 2-7 сент., 1990;
Международная конференция "Проблемы Черного моря", МГИ АНУ, 1992.
Конференция "Развитие исследований НАН Украины в Крыму", посвященной 75-летию АН Украины. (21 окт. 1993г.) Симферополь, Крымское отделение НАН Украины.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 4-х основных разделов, на 134 страницах машинописи, 33 рисунков и таблиц на 33 страницах, заключения и списка использованной литературы из 166 наименований. Общий объем диссертации - 178 страниц.
Актуальность работы. Вопросы обеспечения экологической безопасности в районах разработки месторождений полезных ископаемых от пылеобразующей способности накопителей горных пород (отвалов) и хво-стохранилищ имеют большое значение. Достаточно отметить,-что концентрация пыли; переносимой с распределенных источников накопителей значительно превышает предельно допустимые нормативы на значительное расстояния. На интенсивность пылеобраэовашш, пылевыделения и запыленности атмосферы существенное влияние оказывают физико-химические свойства пород накопителей, климатические условия района, сезонность, время суток и другие.
Традиционно используемые способы уменьшения пылеобразования за счет внешних воздействий на поверхность накопителей с'использованием орошения водой, подавление пыли пеной, пневмогидроорошение и др. малоэффективны и поэтому не получили широкого распространения.
Одним из возможных способов снижения пылеобразующей способности накопителей горных пород и хвостохранилищ может служить обработка их поверхностей синтетическими веществами на основе использования растворов мочевино-формальдегидных смол, способных изменять фазовое состояние в широком диапазоне метеорологических условий.
В связи с изложенным разработка новых эффективных редств пылеподавлення с использованием мочевино-формальдегидных смол и создание на этой основе рабочих растворов и технологий пылеподавлення предполагает возможность уменьшить пылеобразование, улучшить экологическую обстановку, сократить потери полезных ископаемых и, поэтому, данное решение является актуальной научной задачей.
Цель работы: разработать состав растворов мочевино-формальдегидных смол для закрепления пылящих повеахностей хвостохранилищ в целях повышения экологической безопасности в районе действия горного производства.
Шея работы: заключается в способности раствора (эмульсии) моче-вино-форм ьдегидной смолы, нанесенной на поверхность карт хвостохранилищ, изменять свое фазовое состояние в зависимости от свойств пород и метеорологических условий.
Задачи исследований:
выполнить анализ литературных источников по выбору состава для закрепления пылящих поверхностей породных отвалов и хвостохранилищ;
выполнить физико-химическое обоснование составов закрепления пылящих поверхностей раствором мочевино-формальдегидной смолы;
разработать методику проведения натурных исследований по снижению пылеобразующей способности хвостохранилищ;
- разработать рекомендации по использованию составов в промышленности.
Научные положения, выносимые на защиту:
возможность изменения фазового состояния раствора мочевино-формальдегидной смолы и эффективность закрепления поверхностного слоя отвалов зависят от процентного содержания крепителя, температуры окружающей среды, скорости ветра, влажности и находятся в пределах ТС от 2 до 40С, W% от 78 до 92 %;
запыленность территорий вокруг участков хвостохранилищ, обработанных раствором мочевино-формальдегидной смолы определяются конкретными метеорологическими условиями (ТС; W%; V) с учетом парного и совокупного влияния этих факторов в зависимости от их численных значений;
экологическая безопасность воздействия раствором мочевино-формальдегидной смолы базируется на предотвращении пылеобразующей способности поверхности отвалов пугем создания водонерастворимой пленки, проникающей способности раствора на глубину до 10-20 см за счет адгезионных свойств пород и пористости отвала.
Методы исследований и достоверность результатов: в работе использован метод графоаналитического анализа с использованием математического способа планирования эксьериментов, статистическая обработка по критериям надежности и достоверности результатов, способ натурного эксперимента.
Научная новизна работы: снижение запыленности территорий, прилегающих к зонам хвостохранилищ, обработанных раствором мочевино-формальдегидной смолы с концентрацией 20-50 % и отвердителем на основе сульфитно-спиртовой барды подчиняется закону убывающей экспоненты, при эффективности снижения запыленности на 60-70 % с учетом изменения скорости ветра от 5 до 15 м/с, температуры .воздуха от+2 до +2бС и влажности от 78 до 92 %;
период запаздывания снижения запыленности атмосферного воздуха не превышает 3 суток.(2,4 и 1,8) соответственно при ручной и механизированной обработки пылящей поверхности хвостохранилища рабочим раствором. Константа скорости (М) снижения запыленности не превышает значения 0,191 1/сут.;'
разработано, регрессионное уравнение первого порядка для.оценки и расчета запыленности атмосферного воздуха в пределах санитарно-защитной зоны обработанных участков в зависимости от метеорологических факторов (V, Т, W). При этом установлено, что при повышении скорости ветра (V) запыленность увеличивается, а температуры и влажности к ее снижена», парное и совокупное сочетание этих факторов при определенных численных значениях увеличивает запыленность;
прочностные свойства отвердевшего раствора подчиняются апериодической функции первого порядка, что определяет срок службы закрепления поверхности отвала в течение 5-6 лет;
запыленность атмосферы в районе действия неродного отвала, обработанного раствором мочевино-формальдегидной смолы снижается на 80-95 % в диапазоне действия климатических факторов от -20С до +30С, и имеет коэффициент влажности от 40 до 90 %.
Практическая значимость: разработаны технологии приготовления рабочего раствора мочевино-формальдегидной смолы, режимы нанесения раствора на поверхность отвала ручным и механизированными с учетом применения вертолета, методика обработки поверхности отвалов рабочим раствором, которая принята Полтавским горно-обогатительным комбинатом для промышленного использования (ПГОК).
Апробация результатов исследовании. Основные научные положения работы докладывались на I и II межвузовских конференциях "Актуальные проблемы экологии"// "Актуальные .проблемы экологии". I Межвузовская конференция Москва, 23-26 мая 1995г. Тез. докл. -М.: Изд-во РУДІЇ 1995.- С.25.
//"Актуальные проблемы экологии". II Межвузовская конференция Москва, 27-28 мая 1996г. Труды. - М.: Изд-во РУДН.-1996. - С. 75-76.
научной конференции РУДН по пробррмам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в октябре 1994 года и декабре 1995 года.
Публикации: по результатам научных исследований опубликовано три печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 116 страниц, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы из 35 наименований. Работа содержит Ютабли и 17 рисунков.
Похожие диссертации на Распределение и изменчивость показателя ослабления света водой в морях бассейна Атлантического океана
