Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества поверхностных вод 11
1.1. Текущая ситуация в сфере загрязнения поверхностных вод 11
1.2. Задачи мониторинга качества поверхностных вод 17
1.3. Сущность и проблематика задач принятия решений 23
1.4. Компьютерные системы поддержки принятия решений 28
1.5. Системы поддержки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод 34
1.6. Постановка задачи исследования 48
Выводы 49
ГЛАВА 2. Системный подход к организации информационной поддержки принятия решений 50
2.1. Комплексный подход к организации обеспечения информационной поддержки принятия решений 50
2.2. Системный подход к разработке структуры комплексного обеспечения информационной поддержки на основе системного анализа системы мониторинга поверхностных вод Ставропольского края 52
2.3. Построение информационной модели сбора и передачи данных мониторинга поверхностных вод субъекта РФ 63
2.4. Анализ средств организации информационной поддержки в задаче контроля качества поверхностных вод 68
2.5. Разработка методики информационной поддержки в задаче прогнозирования изменения качества поверхностных вод 82
2.6. Разработка методики оптимизации затрат на восстановление водоемов 89
Выводы 97
ГЛАВА 3. Разработка и реализация компьютерной системы информационной поддержки в задачах мониторинга качества поверхностных вод 98
3.1. Обоснование требований к разрабатываемой системе информационной поддержки в задачах мониторинга качества поверхностных вод 98
3.2. Проектирование компьютерной системы информационной поддержки в задачах мониторинга качества поверхностных вод 109
3.3. Реализация и описание компьютерной системы информационной поддержки принятия решений на базе СУБД InterBase 121
Выводы 130
ГЛАВА 4. Применение компьютерной системы информационной поддержки «чистая вода» в задачах мониторинга качества поверхностных вод 131
4.1. Использование компьютерной системы информационной поддержки для решения задач мониторинга качества поверхностных вод Ставропольского края 131
4.2. Методика применения компьютерной системы информационной поддержки для решения задач мониторинга поверхностных вод 141
4.3. Сравнительный анализ разработанной компьютерной системы информационной поддержки с существующими аналогами 144
Выводы 147
Заключение 148
Список используемых источников 150
- Текущая ситуация в сфере загрязнения поверхностных вод
- Комплексный подход к организации обеспечения информационной поддержки принятия решений
- Обоснование требований к разрабатываемой системе информационной поддержки в задачах мониторинга качества поверхностных вод
- Использование компьютерной системы информационной поддержки для решения задач мониторинга качества поверхностных вод Ставропольского края
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования. Загрязнение окружающей среды во многом является причиной глобальных изменений климата и возникновения тенденции потепления, разрушения озонового слоя атмосферы, опустынивания и деградации земель и сокращения площадей сельскохозяйственных угодий. Одной из наиболее важных сторон загрязнения окружающей среды является загрязнение водной среды.
Ежегодно в водную среду поступает большое количество загрязняющих веществ, на данный момент их известно более 5 тыс., и это число постоянно растет. Опасные и вредные вещества негативно влияют на здоровье населения, ведут к гибели рыб, водоплавающих птиц и различных животных, а также к гибели растительного мира водоемов.
В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения, теряют рыбохозяйственное значение и т.д.
Такая ситуация требует принятия необходимых и обоснованных решений в сфере управления качеством водной среды, проведения на их основе различных мероприятий по предотвращению загрязнения, охране и восстановлению качества водной среды. Для принятия высокоэффективных и точных решений в сфере управления качеством водной среды необходимо применение системы управления, принятие решений в которой опирается на достоверную и своевременную информацию о состоянии водной среды, источниках и уровнях антропогенного воздействия, существующих и возможных последствиях этих воздействий.
Сбор, обработка и анализ таких больших объемов данных, получаемых в результате мониторинга поверхностных вод, - это сложнейшие задачи, которые требуют преодоления серьезных технических трудностей, огромных затрат и адекватных организационных решений. Эффективное решение задач мониторинга качества вод требует применения современных компьютерных методов и средств для обработки и анализа данных мониторинга.
Поэтому на современном этапе существует необходимость в совершенствовании и разработке математического, алгоритмического и программного
обеспечения, позволяющего решать задачи мониторинга качества вод, эколого-экономические задачи, с конечной целью организации рационального природопользования.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод.
Цель работы. Разработка принципов организации построения информационной поддержки в сфере управления качеством водной среды на основе комплексной оценки и прогнозирования степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.
Частные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ существующих подходов к организации информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества поверхностных вод, а также применяемого при этом программного обеспечения.
Разработать с использованием системного подхода принципы организации построения информационной поддержки на основе комплексной оценки и прогнозирования степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.
Разработать алгоритмическое и программное обеспечение, а также базы данных показателей качества вод, нормативных, справочных, и архивных данных мониторинга, с целью обеспечения информационной поддержки принятия решений.
Разработать методику применения полученного программного обеспечения на основе проведенных вычислительных экспериментов, реализовать практически полученные результаты в производственной и научной деятельности.
Объект исследования. Объектом исследований является система мониторинга поверхностных вод субъекта РФ.
Предмет исследования. Предметом исследования являются методы и средства повышения эффективности информационной поддержки лиц, принимающих решения в задачах мониторинга поверхностных вод.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы системного анализа, моделирования, теории принятия решений, теории алгоритмов и языков программирования, баз данных, были проведены имитационные и натурные эксперименты.
Научная новизна данной работы заключается в следующем:
1. Разработана структура комплексного обеспечения информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод
субъекта РФ, в отличие от существующих, основанная на разработанной методике прогнозирования изменения качества поверхностных вод с использованием банка моделей.
Разработана методика и алгоритм оптимального распределения материальных ресурсов на восстановительные работы по очистке водоемов от загрязняющих веществ при наличии ограничений на денежные средства, учитывающая характер и степень вредности загрязняющих веществ.
Впервые разработано программное обеспечение компьютерной системы информационной поддержки на клиент-серверной архитектуре, использующей технологию «хранилища данных» в качестве основного элемента централизованного сбора и хранения данных мониторинга вод.
Разработана методика практического применения полученной компьютерной системы информационной поддержки для решения эколого-экономических задач субъекта РФ.
Результаты диссертационного исследования могут быть сформулированы в виде следующих основных научных положений, которые выдвигаются на защиту:
Принципы организации информационной поддержки, предложенные в данной диссертации, включают применение методики комплексной оценки степени загрязненности вод, а также разработанной методики прогнозирования изменения качества поверхностных вод на основе использования банка моделей.
Методика и компьютерный алгоритм оптимального распределения материальных ресурсов на восстановительные работы по очистке водоемов от загрязняющих веществ при наличии ограничений на денежные средства, учитывающая характер и степень вредности загрязняющих веществ.
Программное обеспечение компьютерной системы информационной поддержки принятия решений, построенной на клиент-серверной архитектуре и использующей технологию «хранилища данных» в качестве основного элемента централизованного сбора и хранения данных мониторинга вод (свидетельство о регистрации № 2006612872).
Методика практического применения разработанной компьютерной системы информационной поддержки для решения эколого-экономических задач по управлению качеством воды водных объектов на уровне субъекта РФ.
Достоверность научных положений подтверждается высоким уровнем теоретического исследования, используемым научным материалом, корректностью проводимых математических вьпсладок, а также результатами вычислительных экспериментов и практической реализацией.
Практическая значимость работы состоит в создании компьютерной системы информационной поддержки для решения задач мониторинга
качества поверхностных вод, позволяющей обеспечить централизованный сбор, хранение и вьщачу данных, а также повышающей оперативность и возможности по обработке и анализу данных мониторинга вод.
Разработанная компьютерная система внедрена и используется в органах государственной системы мониторинга поверхностных вод Ставропольского края: в ГУЛ «Ставропольский центр государственного мониторинга природных ресурсов» и в Ставропольском краевом центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
Сведения об апробации результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:
IX Региональная научно-практическая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2005);
VI Международная научно-практическая конференция «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2006);
II Международная заочная научно-практическая конференция «Составляющие научно-технического прогресса» - «Components of scientific and technical progress» (Тамбов, 2006);
IV Российско-украинский научно-технический и методический симпозиум «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2006);
Всероссийская двухдневная научная студенческая конференция «Научный потенциал студенчества - будущему России» (Ставрополь, 2006).
Сведения о публикациях (по теме диссертации). Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах (в том числе 1 публикация в издании, рекомендуемом ВАК, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, 7 публикаций в трудах научных конференций).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Основная часть диссертации изложена на 161 листе.
Текущая ситуация в сфере загрязнения поверхностных вод
Научная обоснованность и действенность принимаемых водоохранных решений в значительной мере зависят от степени полноты информации о текущих уровнях загрязнения водной среды и источниках поступления загрязняющих веществ.
Для более полного понимания исследуемой задачи следует внимательнее рассмотреть проблему загрязнения водной среды, определить основные источники и виды ее загрязнения, определить основные типы загрязнителей и их влияние на качество воды.
Под загрязнением водной среды понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью населения и ставя под угрозу его безопасность. Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых объектов.
Загрязнение поверхностных вод можно классифицировать следующим образом (рисунок 1.1): 1. Химическое - поступление в воду органических и неорганических веществ различного типа действия. 2. Физическое - увеличение содержания в воде механических примесей. 3. Тепловое - повышение температуры воды за счет вноса подогретых вод. 4. Биологическое - наличие в воде разнообразных бактерий, вирусов и микроорганизмов. 5. Радиоактивное - присутствие в воде радиоактивных веществ. Негативное воздействие на гидробионты и на качество воды в целом оказывают все виды загрязнения, но, как видно из анализа [24, 107], основным видом по объемам поступления и эффекту воздействия является химическое загрязнение поверхностных вод, поэтому далее будем рассматривать именно этот вид.
Под загрязняющим веществом (ЗВ) понимают вещество или смесь веществ, количество и/или концентрация которых превышают установленные для химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов, нормативы и оказывают негативное воздействие на окружающую среду [93]. Применительно к поверхностным водам под загрязняющим веществом понимают вещество в воде, вызывающее нарушение норм качества воды [21].
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов и водотоков являются неочищенные или недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов; отходы производства при разработке рудных ископаемых, воды шахт, рудников; обработка и сплав лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна; пестициды и т.д. [91].
В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.); изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбо- хозяйственное значение и т.д. Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, а также коммунально-бытовыми стоками ведет к эвтрофикации водоемов -обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей и к гибели других водных экосистем с непроточной водой (озер, прудов), а иногда к заболачиванию местности [86].
В результате на крупные реки и водоемы оказывается чрезмерное антропогенное воздействие. Из-за загрязнений в бедственном положении находятся крупнейшие реки Европы: Рейн, Эльба, Дунай и др. Например, в реку Дунай, в бассейне которой проживает 80 млн. человек, в течение года поступает 3 тыс. т никеля, 14 тыс. т марганца, 500 т цинка, 36 тыс. т нефтепродуктов, огромное количество хлора, нитратов, пестицидов. Причем, с годами экологическая ситуация на Дунае не улучшается, а ухудшается [12].
Особенно серьезные загрязнения происходят за счет аварийного или иного выброса нефтепродуктов. Эти загрязнения чреваты своей масштабностью и высокой экологической опасностью.
В целях получения наиболее полной информации о текущей ситуации в сфере загрязнения водной среды в Российской Федерации были проанализированы источники [71,72]. Их анализ показывает, что крупнейшие реки страны подвержены постоянному во времени загрязнению разнообразными химическими веществами и соединениями. В приложении имеется сводная таблица, в которой приводятся данные об уровне загрязнения крупнейших рек страны и данные о наиболее характерных загрязнителях водной среды.
Основные крупнейшие реки нашей страны, такие как Днепр, Дон, Кубань, Кама, Волга, Урал, Обь, Енисей, Лена, Амур и др., подвержены длительному негативному антропогенному воздействию. Данные свидетельствуют о том, что на некоторых реках значительных изменений химического состава воды не происходит в течение ряда лет, что говорит об устоявшихся негативных режимах воздействия на данные водные объекты.
Из таблицы (приложение 1) видно, что большинство крупнейших рек Российской Федерации классифицируются различной степенью загрязнения, от слабо загрязненных до экстремально загрязненных. Большинство рек относится ко 2 и 3 классу качества вод, т.е. как грязные и очень грязные.
Также из таблицы видно, что основными загрязняющими веществами являются соединения железа, фосфора, меди, цинка, марганца; легко- и труд н оо кисля емые органические вещества; нефтепродукты; фенолы; взвешенные вещества и сухой остаток; минеральный и органический азот; альдегиды; синтетические поверхностно-активные вещества, синтетические жирные кислоты; различные пестициды и т.д. Особенно большую опасность представляют такие загрязнители, как соединения тяжелых металлов, высокотоксичные органические компоненты, радионуклиды и другие вредные вещества.
Комплексный подход к организации обеспечения информационной поддержки принятия решений
Проблема научно обоснованной организации информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества поверхностных вод является сложной задачей, носит многоаспектный и междисциплинарный характер.
Под информационной поддержкой будем понимать процесс информационного обеспечения, ориентированный на пользователей информации, занятых управлением сложными объектами. Информационная поддержка используется при подготовке и реализации управленческих решений.
Очевидно, что качество принимаемых решений в сфере водопользования зависит от наличия у ЛПР средств и инструментов для получения, обработки и анализа данных мониторинга вод, а также от их функциональных возможностей и эффективности в целом. Также очевидно, что в целом функциональные возможности и эффективность таких средств и инструментов непосредственно зависят от применяемых подходов к их проектированию и созданию.
Поэтому для организации обеспечения информационной поддержки принятия решений необходимо использовать знания из области теории принятия решений, экологии, системного анализа, программирования и др., и следовательно, необходимо применение комплексного подхода при ее решении. Анализируя сложившиеся тенденции, можно сделать вывод, что для построения эффективной СППР необходим комплексный подход, при котором система строится как подбор и подвязка различных информационных технологий так, чтобы в результате стало возможным эффективное решение всего комплекса решаемых задач, стоящих перед ЛПР [47]. Комплексный подход должен основываться на применении системного анализа к рассмотрению существующей системы мониторинга и информационного обеспечения ЛПР, а также выявления основных элементов системы и характера взаимодействия между ними [28, 29, 37, 45, 82, 84]. Комплексный подход к обеспечению информационной поддержки принятия решений в рамках системного подхода рассмотрения решаемой задачи предусматривает следующие этапы: 1. Рассмотрение существующей системы мониторинга качества поверхностных вод Ставропольского края с точки зрения эффективности обеспечения информационной поддержки для лиц, принимающих решения. Рассмотрение применяемых средств и методов получения, передачи и обработки данных мониторинга. Оценка всей системы в целом. 2. Формирование стратегии обеспечения информационной поддержки ЛПР, включающей в себя выбор приоритетных направлений в обеспечении информационной поддержки ЛПР. 3. Формулирование совокупности различных средств, методов и алгоритмов, позволяющих наиболее эффективно обеспечить организацию информационной поддержки ЛПР. 4. Формирование совокупности требований ЛПР к предполагаемой системе информационной поддержки принятия решений. На основе полученного набора требований осуществление выбора наиболее подходящих компьютерных информационных технологий для ее последующего построения. 5. Проектирование и реализация системы информационной поддержки принятия решений в виде конкретной компьютерной программы за счет использования в основе производительной СУБД, а также современных средств разработки приложений. 6. Практическое применение полученной компьютерной системы информационной поддержки принятия решений в условиях Ставропольского края, оценка ее эффективности и сравнение с аналогами. Таким образом, сущность предложенного комплексного подхода заключается в рассмотрении задачи обеспечения информационной поддержки принятия решений со всех сторон, максимально учитывая множество факторов, влияющих на эффективность получения, обработки и передачи данных мониторинга, в целях принятия решений.
На территории Ставропольского края мониторинг качества поверхностных вод осуществляют ГУП «Ставропольский центр государственного мониторинга природных ресурсов» и Ставропольский краевой центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ГУ СЦГМС). ГУП «Ставропольский центр...» входит в структуру Федерального агентства водных ресурсов и подчиняется непосредственно Кубанскому БВУ. ГУ СЦГМС является структурным подразделением Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и входит в ЕГСМ.
Оба ведомства имеют собственные пункты контроля на водных объектах и лаборатории, осуществляющие анализ взятых проб воды, ГУП «Ставропольский центр,..» проводит наблюдения на 6 водных объектах, где имеются 31 пункт контроля. ГУ СЦГМС осуществляет функции мониторинга на 3 водных объектах в составе 14 пунктов наблюдения. Схема водных объектов Ставропольского края и расположения пунктов контроля представлена на рисунке 2.1.
Обоснование требований к разрабатываемой системе информационной поддержки в задачах мониторинга качества поверхностных вод
Согласно предложенному и используемому комплексному подходу к организации информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга качества вод, а также в соответствии со структурой комплексного обеспечения информационной поддержки принятия решений, необходима программная реализация предложенных подходов и методов в виде конечной компьютерной программы. Необходимость компьютерной поддержки обусловлена большим объемом данных, поступающих к ЛПР, трудностью их анализа, сложностью решаемых задач, необходимостью учета большого числа разносторонних факторов и др.
Применение современных компьютерных информационных технологий позволяет значительно повысить эффективность обработки и анализа данных, необходимых для обеспечения и организации информационной поддержки принятия решений в задачах мониторинга поверхностных вод.
Система информационной поддержки принятия решений является средством автоматизации процесса сбора и хранения, необходимых для принятия решений данных, их обработки и использования результатов анализа собранной информации в целях прогнозирования тех или иных параметров системы, управление которой производится лицом, принимающим решения, с использованием СППР.
Современные системы поддержки принятия решений ориентированы на поддержку решения целого комплекса взаимосвязанных задач, и только системный подход и учет большого количества факторов, влияющих на процесс управления, могут сделать систему максимально эффективным инструментом в процессе поддержки принятия решений.
Поэтому предлагаемая компьютерная система информационной поддержки принятия решений предназначена для решения следующих взаимосвязанных задач мониторинга качества поверхностных вод: - сбор и хранение данных мониторинга поверхностных вод; - оценка качества поверхностных вод; - прогнозирование изменения качества вод; - анализ данных как элемент поддержки принятия решений. Решение каждой из вышеперечисленных задач предъявляет свои требования к программному обеспечению СППР, предназначенному для решения той или иной задачи [6, 61]. Таким образом, при создании СППР в первую очередь необходимо решить задачу анализа необходимости и использования в ней тех или иных информационных технологий, анализа возможности и успешности применения в разрабатываемой СППР известных подходов к проектированию средств автоматизации. Поэтому основным направлением разработки данной системы является разработка и построение централизованного Хранилища Данных в качестве основного элемента, выполняющего функции сбора и хранения информации, инструментов анализа данных, позволяющих производить анализ информации в целях организации информационной поддержки принятия решений ЛПР, а также инструментария пополнения Хранилища данных, обеспечивающих поступление новой информации. Таким образом, исходя из поставленных задач и целей диссертации, а также предложенного и используемого комплексного подхода и структуры комплексного обеспечения организации информационной поддержки принятия решений, рассмотренных ранее в 2.1 и 2.3 соответственно, сформулируем следующие требования, предъявляемые к разрабатываемой системе информационной поддержки принятия решений: 1. В основе разрабатываемой системы информационной поддержки принятия решений должно лежать Хранилище данных, основными функциями которого являются централизованный сбор и хранение данных мониторинга вод, необходимые для обеспечения поддержки принятия решений. Хранилище данных должно обеспечивать целостность и сохранность данных. 2. Необходимо наличие в составе системы программных средств, реализующих функции добавления, мониторинга, контроля и выгрузки данных, получаемых в результате мониторинга вод. 3. Необходимо разработать программные средства, позволяющие производить анализ данных, содержащихся в Хранилище данных. Средства должны обеспечивать проведение развернутого и полного анализа данных, а также обладать достаточной гибкостью в работе [19]. 4. Должна быть предусмотрена и реализована функция предоставления результатов анализа в наиболее удобной для ЛПР форме с использованием средств графического интерфейса пользователя, таких как таблицы и графики и др. 5. Должны быть реализованы функции сохранения результатов анализа и работы, а также функции экспорта данных в наиболее популярные форматы хранения данных, такие как документы (MS Word), электронные таблицы (Excel) и графические форматы (Jpeg). 6. Система должна иметь простой и удобный интерфейс, обеспечивающий максимально эффективную работу пользователя с системой [60]. 7. Программная реализация должна осуществляться с использованием современных компьютерных языковых средств разработки и современных систем управления базами данных (СУБД). Так как разрабатываемая система относится к классу информационных, то необходимо обеспечить выполнение общих принципов создания открытых систем [51, 52], Обязательными общими принципами создания открытых систем являются: 1. Переносимость - возможность работы системы на различных программных платформах и различном оборудовании. В данном случае изначально предполагается использование системы в локальных сетях Windows, поэтому в рассматриваемой системе такая проблема не возникает. 2. Интероперабельность - способность компонентов системы к интеграции. Поскольку разрабатываемая система является гетерогенной, необходимо обеспечить возможность взаимодействия компонентов системы между собой. 3. Масштабируемость - способность системы поддерживать дополнительное число пользователей и наращивать производительность без внесения изменений в логику приложений и принципы администрирования. В проектируемой системе эти вопросы решаются обоснованием выбора сервера баз данных и подробнее рассматриваются далее. 4. Расширяемость - способности системы добавлять новые функции без изменения остальных функциональных частей информационной системы. Этот вопрос решается, в основном, на этапе разработки структуры БД и программирования с использованием объектно-ориентированной среды разработки Delphi и правильной организации БД.
Использование компьютерной системы информационной поддержки для решения задач мониторинга качества поверхностных вод Ставропольского края
На этапе практического применения полученного программного обеспечения компьютерной системы информационной поддержки были решены различные задачи мониторинга поверхностных вод Ставропольского края, а также задачи расчету оптимизации экологического состояния отдельных водных объектов.
На первом этапе работы был осуществлен перевод базы данных наблюдений ГУ СЦГМС из бумажного варианта в разработанное хранилище данных в компьютерной системе информационной поддержки принятия решений. Период наблюдений качества вод проходил с 1989 по 2005 гг., общим числом 16 лет и 1312 наблюдений на 14 пунктах контроля.
Также с помощью полученной системы и введенных данных были рассчитаны осредненные гидрологические и гидрохимические показатели на всех 14 пунктах наблюдения. Полученные осредненные данные используются для различных инженерных расчетов, для прогнозирования и т.д.
Полученная система информационной поддержки принятия решений была апробирована для решения задач мониторинга вод Ставропольского края. В 2005 г. на водных объектах Ставропольского края ГУ СЦГМС было проведено 57 наблюдений на 14 пунктах контроля, т.е. программа наблюдений выполнена не в полном объеме.
Оценка качества вод на основе полученных данных производилась согласно предложенному методу комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод. Перечень используемых показателей качества вод приведен в таблице 4.1.
Качество вод оценивалось на трех водных объектах: реки Калаус, Подкумок и Кума. Предварительная оценка степени загрязненности водных объектов проводится с помощью коэффициента комплексности загрязненности воды (К). Коэффициент комплексности загрязненности воды - относительный косвенный показатель степени загрязненности поверхностных вод, который выражается в процентах от 1 до 100.
Чем больше значение показателя К, тем большая комплексность загрязненности присуща водным объектам, тем хуже качество воды и тем большее влияние на формирование ее качества оказывает антропогенный фактор. При значении коэффициента К 10% загрязнение обусловлено единичными загрязнителями, при К 10% применяется метод комплексной оценки качества воды.
Река Калаус. Коэффициент комплексности загрязненности поверхностных вод в течение года превышал 10% и изменялся в пределах от 40 до 60%, что свидетельствует о том, что загрязненность воды определялась группой ЗВ, а не единичными ЗВ. По коэффициенту комплексности воды относились к III категории загрязненности.
Наблюдения показывают, что качество воды в реке соответствует 4 «б» классу качества («грязные»), величина УКИЗВ составляет 4,92. Превышение ПДК наблюдалось по 9 ингредиентам химического состава воды. Загрязненность воды определялась как «характерная» по биохимическому и химическому потреблению кислорода, нитритному азоту, железу, медь, магнию и сульфатам; как «неустойчивая» по фенолам, цинку, фосфатам и хлоридам. Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды вносили сульфаты - общий оценочный балл 10,76, медь - 10,24 и железо - 9,52, которые являлись критическими показателями загрязненности воды (КПЗ). Среднегодовая концентрация сульфатов составила 7,53 ПДК и максимальная 11,5 ПДК, меди 6,5 и 7,3 ПДК соответственно, железа 4 и 4,4 ПДК соответственно.
Река Кума. Коэффициент комплексности загрязненности поверхностных вод в течение года превышал 10% и составлял в диапазоне от 40 до 53%, с вариациями в 13,3% и средним значением 48%. По коэффициенту комплексности загрязненности воды относились к III категории загрязненности. Величина УКИЗВ составляет 4,45, что соответствует 4-му классу качества вод пункту «б» как «грязная». Превышение ПДК наблюдалось по 8 показателям. Загрязненность воды оценивалась как «характерная» по биохимическому и химическому потреблению кислорода, нитритному азоту, железу, медь, а также магнию и сульфатам. Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды внесли сульфаты - общий оценочный бал 10,12, железо и медь 9,44 и 9,28 соответственно, которые являлись критическим показателями загрязненности воды. Среднегодовая концентрация сульфатов составила 6,3 ПДК и максимальная 11 ПДК, железа - 4,93 и 7,2 ПДК соответственно, меди 4,6 и 5,9 ПДК соответственно,
Река Подкумок. Коэффициент комплексности загрязненности также превысил 1.0% и составил в среднем 45%, с минимальным значением 40% и максимальным 46,67%, диапазон вариаций составил 6,67%). По коэффициенту комплексности загрязненности воды относились к III категории загрязненности.
