Введение к работе
Актуальность темы Проблемная ситуация, сложившаяся в различных секторах экономики в городах России (в промышленности, жилищно-комунальном хозяйстве, транспорте и др ) к концу прошлого столетия, симулировала интерес общества к разработкам іак называемых стратегических планов развития урбанизированных поселений Цель планов - повышение материального уровня жизни населения, основана на совершенствовании структуры городского хозяйства, привлечении инвестиций в перспективные сектора экономики, реформе жилищно-коммунального хозяйства
Технология составления планов, заимствованная из арсенала развитых стран, предполагает использование сценарного подхода при описании взаимодействия составляющих триады "экономика-жолої ия-полиі икл" Потребовался инструмент, позволяющий оценить не голько социально-экономические, но и экологические последствия реализации плана с учегом особенностей конкретной территории Актуальность его создания возросла еще больше после недавнего озвучивания решения правительства о присоединении России к Киотскому протоколу, по коюрому выбросы загрязняющих веществ в атмосферу становятся объектом купли-продажи
Прогностические задачи экологии решаются через построение аналитической и (или) регрессионной моделей, отражающих изменение интересующих параметров во времени Обобщенная маїемагическая модель переноса вещества, генерируемого точечным исючником, разработана академ Г И Марчуком, общая постановка задачи описания подвижного автотранспорта, как источника техногенного загрязнения окружающей среды, предложена В Н Луканиным Основа математических моделей -уравнения переноса, движения, сплошности
Основная проблема использования аналитического подхода - неопределенность задания так называемых коэффициентов турбулешнои диффу-
зии В результате точность полученных оценок техногенного загрязнения оказывается неудовлетворительной
Имеющиеся полуэмпирические модели по оценке пространственно-временных полей техногенного загрязнения атмосферы составляют основу методики ОНД-86, принятую для использования в России В ней практически не учитываются особенности конкретных городов и прилегающих к ним территорий Высокий уровень обобщения делает методику универсальной, однако точность получаемых с ее помощью результатов в значительной степени зависит от особенности территорий и характера развития погодных условий
Возможность построения эмпирических моделей для решения прогностических задач имеет свои ограничения В 90-х годах сеть постов наблюдения в городах России резко сократилась Поэтому создание прогностических алгоритмов на имеющемся экспериментальном материале не продуктивно Особенностью современного этапа развития российских городов является четко просматриваемая тенденция изменения структуры транспортных потоков, эпергоисточников, промышленных объектов Резко изменилось отношение подвижных и стационарных источников техногенного загрязнения атмосферы Накопленный ранее экспериментальный материал в значительной мере потерял свою ценность
В последнее время начали применяться модели, в которых рассматривается суточная циркуляция атмосферы Состояние атмосферы в данных системах описывается через циркуляцию энергетических потоков, что позволяет в большей степени учесть различные условия распространения техногенных выбросов В то же время, появляется ряд дополнительных коэффициентов, которые влияют на точность получаемых результатов
Перечисленные обстоятельства делают актуальной задачу создания более приемлимой по точности методики по оценке и прогнозированию тех-
ногенного загрязнения городской атмосферы с учетом особенностей конкретной территории Решению этой задачи посвящена настоящая работа Целью диссертационной работы является разработка методики по оценке и прогнозированию пространственно-временного распределения техногенного загрязнения атмосферы конкретного города с более высокими метрологическими характеристиками по сравнению с существующими
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи
разработать математическую модель формирования пространственно-временного поля техногенного загрязнения атмосферы, учитывающую особенности конкретного города,
провести сопоставление результатов, полученных с помощью модели, известных методик и экспериментальных измерений,
разработать программно-аналитический комплекс для получения прогностических оценок распределения вредных выбросов на территории конкретного города, основанный на разработанной модели
Научная новизна Новыми являются следующие научные результаты, выносимые на защиту
математическая модель переноса загрязнений в атмосфере города, учитывающая особенности его застройки и метеорологические условия,
результаты сопоставления полученных оценок тсхної енного загрязнения атмосферы конкретного города, полученных с помощью разработанной и имеющихся моделей, а также с помощью используемых для этих целей измерительных приборов,
уточненная методика контроля техногенных выбросов в атмосфере города,
программно-аналитический комплекс, реализующий технологию (мею-дику) прогнозирования распределения концентрации вредных выбросов в атмосфере на территориии конкретного города
Практическая ценность работы определяется
полученными коэффициентами турбулентной диффузии в уравнении переноса для территории города Сургута,
разработанным программно-аналитическим комплексом для получения прогнозных оценок распределения концентрации вредных выбросов в атмосфере Сургута
Результаты работы внедрены в Научно-исследовательском институте природопользования и экологии севера
Методы исследований Исследования проведены с использованием аппарата математического анализа, включая разделы дифференциального и интегрального исчисления, вычислительной математики, а также методологии системного анализа и элементов регрессионного анализа
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях Второй Всероссийской конференции "Естественные науки в военном деле" (Омск, 2001), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2002), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2003), Девятой международной открытой научной конференции (Воронеж, 2004), Конференции молодых специалистов Сургутгазпрома (Сургут, 2006)
Публикации По результатам исследования опубликовано 9 работ (2 в соавторстве), в том числе 3 в журналах из перечня ВАК (1 в соавторстве), 5 докладов на конференциях
На защиту выносятся
Математическая модель переноса газообразных выбросов в атмосфере с уточненными коэффициентами турбулентной диффузии
Уточненная методика контроля техногенных выбросов в атмосферу города
Структура программно-аналитического комплекса для получения прогнозных оценок распределения концентрации вредных выбросов в атмосфере
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 109 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 19 таблиц, спискок литературы и 4 приложения
