Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Сырцов Виктор Анатольевич

Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды
<
Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сырцов Виктор Анатольевич. Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды : диссертация... кандидата технических наук : 05.13.10 Воронеж, 2007 140 с. РГБ ОД, 61:07-5/3252

Содержание к диссертации

Введение

1. Разработка вербальной модели управления региональными проектами по охране окружающей среды 10

1.1. Основные компоненты управления природоохранными проектами 10

1.2. Структура проектного цикла 13

1.2.1. Идентификация проектов 16

1.2.2. Подготовка проектов 18

1.2.3. Оценка проектов 21

1.2.4. Ранжирование и согласование (координация) проектов 28

1.2.5. Утверждение проектов 33

1.2.6. Реализация проектов 34

1.2.7. Завершение проектов 35

1.3. Типизация решений по управлению региональными природоохранными проектами 35

1.4. Показатели оценки качества природоохранных проектов 39

1.4.1. Качественные показатели 40

1.4.2. Количественные показатели 42

Выводы 46

2. Разработка моделей оценки, выбора и согласования региональных проектов по охране окружающей среды 47

2.1. Модель оценки природоохранных проектов 48

2.2. Модель выбора и согласования природоохранных проектов 50

2.3. Компьютерная реализация моделей и краткая характеристика программного продукта 55

Выводы 57

3. Разработка феноменологической модели и алгоритмов координационного управления региональными проектами по охране окружающей среды 59

3.1. Феноменологическая модель координационного управления региональными природоохранными проектами 59

3.2. Обоснование видов и способов координационного управления региональными природоохранными проектами . 62

3.3. Разработка оптимизационных алгоритмов координационного управления региональными природоохранными проектами 65

3.3.1. Алгоритм координационного управления при доминировании интересов координатора 66

3.3.2. Алгоритм координационного управления при доминировании интересов исполнителей 67

3.3.3. Алгоритм координационного управления природоохранными проектами при паритете интересов координатора и исполнителей 68

3.3.4. Компьютерная реализация оптимизационных алгоритмов алгоритмов координационного управления проектами 69

3.4. Оценка сходимости разработанных алгоритмов координации 72

Выводы 74

4. Разработка информационно-расчетной системы интеллектуальной поддержки решений по оценке, выбору и координации региональных проектов по охране окружающей среды 76

4.1. Назначение, принципы построения, состав и структура системы 76

4.2. Характеристика информационной компоненты системы 78

4.3. Характеристика лингвистической компоненты системы 81

4.4. Разработка комплекса моделей для оценки качества природоохранных проектов по совокупности количественных показателей 82

4.4.1. Модель оценки природоохранных проектов по защите от загрязнения и повышению качества почвы 82

4.4.2. Модель оценки природоохранных проектов по защите от загрязнения и повышению качества атмосферного воздуха 87

4.4.3. Модель оценки природоохранных проектов по защите от загрязнения и повышению качества поверхностных вод 93

4.4.4. Модель оценки природоохранных проектов по защите лесных массивов от пожаров 96

4.4.5. Модель оценки природоохранных проектов по защите иной растительности от пожаров 112

4.5. Основные технические характеристики и режимы работы информационно-расчетной системы 115

Заключение 123

Список литературы 126

Приложение

Введение к работе

Актуальность. Будущее экономическое и социальное развитие регионов РФ тесно связано с решением проблем экологии и охраны окружающей среды. Однако во многих случаях региональные проекты по охране окружающей среды (в дальнейшем природоохранные проекты) подготавливаются и оцениваются на основе неформализованных представлений о требуемых параметрах и показателях их качества. В результате многие из реализуемых проектов не соответствуют исходному, декларированному назначению и первоначальным спецификациям, часто не укладываются в согласованные графики и бюджет реализации. Нередки случаи, когда региональные природоохранные проекты терпят полный провал из-за недостаточной компетенции исполнителей и заказчика, их неадекватного оптимизма, а также вследствие отсутствия у них современных технологий управления проектами, моделей и программно-инструментальных средств, обеспечивающих интеллектуальную поддержку управленческих решений.

Вместе с тем количество заявок по природоохранным проектам в регионах продолжает неуклонно расти, что порождает новую проблему их координации, решаемую в настоящее время на основе интуиции, здравого смысла и опыта экспертов. Негативные последствия такого подхода очевидны: природоохранные проекты, даже будучи эффективными по отдельности, все вместе не обеспечивают должного качества экологии региона, а иногда и негативно влияют друг друга.

Учитывая сказанное, ведущая идея диссертационного исследования заключается в том, чтобы обратить процесс управления региональными природоохранными проектами из искусства в системный технологический процесс, базирующийся на последних достижениях в области системного анализа, управления проектами и математического моделирования. Естественно, что при этом должны учитываться положения действующего в РФ законодатель-

ства в области охраны окружающей и среды, требования государственных стандартов, а также передовые зарубежные достижения в этой области.

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ЗАО НИИ управления, информатизации и моделирования Академии военных наук (г. Москва) и ЗАО НПК «Модуль» (г. Москва) в рамках Федеральной целевой программы по развитию и реализации региональных программ по охране окружающей среды и воспроизводству природных ресурсов.

Цель диссертационного исследования заключается в разработке моделей и программно-инструментальных средств, обеспечивающих интеллектуальную поддержку управленческих решений в части оценки, выбора и координации региональных проектов по охране окружающей среды.

Задачи диссертационного исследования:

  1. Провести анализ действующих нормативных документов, обобщить опыт реализации и разработать вербальную модель управления региональными природоохранными проектами.

  2. Обосновать метод формализованного описания проектов, разработать и реализовать в виде программного продукта модели оценки, выбора и согласования региональных природоохранных проектов.

  3. Разработать феноменологическую модель и алгоритмы координационного управления региональными природоохранными проектами и реализовать их в виде программного продукта.

  4. Разработать информационно-расчетную систему интеллектуальной поддержки решений при комплексной оценке, выбору и координации региональных природоохранных проектов.

Типизация решений по управлению региональными природоохранными проектами

Центральным в теории управления проектами является понятие «решение» [12,21,19,43]. Уточним его содержание, имея ввиду, что та или иная трактовка этого понятия определяет содержание модели и структуру алгоритмов оценки, выбора и координации проектов.

Обычно под решением понимается выбор линий поведения в конкретной проблемной ситуации, которая сообразуется с определенным критерием или совокупностью критериев [3,18]. Такая достаточно узкая трактовка, характерная для операционных исследований и теории ожидаемой полезности, становится неприемлемой при системном подходе к управлению природоохранными проектами. В системном понимании решение - это неотъемлемая составная часть контура управления проектами, представляющая собой многослойный итеративный информационный процесс, инициируемый проблемной ситуацией, предшествующий действию и завершающийся выбором одной из альтернативных линий поведения. Подчеркнем, что выбор альтернативы есть только часть решения, которой предшествует ряд операций, зачастую решающим образом определяющих характер выбора. Можно выделить, по крайней мере, три типа таких операций [41,74]: 1) формулировка задачи (ее концептуализация); 2) генерация альтернатив; 3) анализ (оценка) альтернатив. Такая точка зрения, позволяя по-новому взглянуть на обеспечение процесса управления проектами научными методами и средствами, требует введения соответствующей классификации. Рассмотрим один из возможных вариантов такой классификации.

По своей структуре проектные решения будем разделять на элементарные и системные. Элементарными в структурном отношении назовем решения, состав которых не раскрывается или не может быть раскрыт в силу различных причин. Они задаются только своими «входами» и «выходами». Из этих решений формируются системные проектные решения, представляющие собой совокупность элементарных решений, связанных различными отношениями. Не следует, однако считать, что элементарные решения просты и всегда легко принимаются. Приведенное деление отражает только тот факт, что решения, названные элементарными, выступают компонентами более общей системы. Элементарные решения могут оказаться очень ответственными в смысле влияния на конечный результат управления проектами; и напротив, сложное решеиие может практически не влиять на управляемый процесс. Кроме того, любое системное решение может быть «свернуто» в элементарное, и в свою очередь рассматриваться как составная часть некоторой над-системы решений.

В зависимости от типа отношений между ними все проектные решения будем разделять на управляющие, согласующие и координирующие [42,45]. Управляющие решения принимаются непосредственно по отношению к управляемым параметрам проекта и определяют область их допустимых значений, Согласующие и координирующие решения (иначе компромиссные решения) формально не имеют прямого отношения к управляемым проектным параметрам, они направлены на изменение (уточнение) области допустимых значений управляющих решений с целью устранения возможных вредных связей и усиления полезных связей в интересах обеспечения наибольшей эффективности всего проекта или системы взаимосвязанных проектов.

По своему содержанию проектные решения будем подразделять на информационные, оперативные и организационные [32]. Информационные решения определяют какие данные, необходимые для управления проектами, следует считать истинными в данной ситуации. Они отвечают на вопрос: «что есть правда» и предшествуют оперативным и организационным. Оперативные решения устанавливают рациональные управления в конкретных условиях и отвечают на вопрос: «как действовать». Организационные решения соответствуют вопросу: «каким быть», и предопределяют состав и структуру управляющей и исполнительной подсистем в контуре управления проектами.

В зависимости от внутренних механизмов проектные решения разделим на рефлексные, интеллектуальные и интуитивные. Рефлексные или ситуационные решения основываются на связках «ситуация-альтернатива» [7,49,74]. В процессе обучения у субъекта, осуществляющего управление, происходит формирование эталонных (типовых) ситуаций и связанных с ними решений. Такие связки постепенно накапливаются, сортируются и обобщаются, образуя своеобразный «банк» знаний. Получая информацию о ситуации, субъект, принимающий решение, обращается в этот «банк», отождествляет ее с наиболее близкой эталонной, и сразу «без раздумий» выбирает альтернативу. Интеллектуальные решения основываются на некоторой исходной аксиоматике, правилах логического вывода (дедуктивных, индуктивных, традуктивных), и подкрепляются математическими расчетами. Для интуитивных решений характерно то, что они принимаются без каких-либо обоснований. Наука пока не вскрыла механизмов интуиции, но установлено точно, что интуитивное озарение не возникает из «ничего»- Ему предшествует глубокое и целенаправленное обследование проблемной ситуации, ее комплексный анализ и мысленное моделирование, а этому надо научиться. Иначе интуиция позволит в любой проблеме разглядеть только то, что ожидаем увидеть.

В зависимости от состояния будем выделять генерирующие, анализирующие и выбирающие проектные решения. Генерирующие решения предполагают выполнение операций по идентификации проекта, оценке имеющихся ресурсов, определению ограничений и допустимых целей управления, а также потенциальных способов их достижения, в совокупности позволяющих сформировать по возможности полный перечень возможных вариантов проекта. Их цель ответить на вопрос: «какие альтернативные варианты проекта возможны в данных условиях». Важность генерирующих решений очевидна. Оказывается (и это подтверждается опытом исследовательских работ), что многочисленные системные ошибки при обосновании и выборе проектов обусловлены не просчетами выбора, а являются следствием ограниченного набора исходных способов разрешения проблемы. Анализирующие решения включают операции по определению критериев и показателей эффективности, моделированию, а также оценку возможных исходов и последствий реализации того или иного варианта проекта. Они направлены на то, чтобы обоснованно ответить на вопросы; «какой эффект следует ожидать от реализации каждого варианта проекта» и «чего не следует делать, чтобы не совершить непоправимой ошибки». Выбирающие проектные решения включают операции по обсуждению оснований, говорящих «за» или «против» того или иного варианта проекта, и собственно акт выбора наилучшего в некотором смысле проекта. Как правило, это многокритериальные решения, в результате принятия которых должен быть получен однозначный ответ на вопрос: «какой проект из числа допустимых следует признать наиболее рациональным».

Компьютерная реализация моделей и краткая характеристика программного продукта

В реальных ситуациях, характеризующихся числом параметров проекта порядка 25-30 и количеством их возможных значений около 40-50, даже высококвалифицированный специалист испытывает определенные затруднения, особенно в условиях жесткого лимита времени. На помощь ему должен прийти компьютер. Функциональная схема программного модуля описания, оценки и выбора проекта на семантических сетях (PROJECT-E) представлена нарис. 2.2.

Операционная часть программного модуля состоит из блоков интерактивного диалога, опенок, генерации семантической сети, выбора и согласования проектов. Блок интерактивного диалога реализует общение лица, принимающего решение (ЛГГР) и экспертов с компьютером на естественном профессионально ориентированном языке. Кроме того, здесь же происходит проверка представленных проектов на корректность, то есть осмысленность в рамках принятой формализации, анализ и уточнение их параметров, пополнение и модификация формальных грамматик и правил предпочтений.

В блоке оценок реализуется модель, описанная в разделе 2.1. В блоке генерации семантической сети в соответствии с заложенными формальными грамматиками производится порождение альтернативных решений, то есть формирование семантических цепочек, подобных рис. 2.1, удовлетворяющим требованиям, предъявляемым к проектам данного класса.

Семантические описания допустимых проектов поступают в блок выбора, где согласно критерию (2.3) определяются проекты, наиболее близкие к эталонным. Далее информация об этих проектах поступает в блок диалога, где производится их перевод на естественный язык, заполняются соответствующие выходные формы (таблицы) и ЛПР получает рекомендации по принятию или отклонению проекта. Одновременно выдается мотивированное заключение по качеству рассмотренных проектов, и отображаются результаты их сравнительной оценки. При рассмотрений взаимосвязанных смежных проектов результаты выбора каждого из них поступают в блок согласования, в котором выполняются операции по регулированию связей между параметрами проектов согласно критерию (2.4).

Основные характеристики программного модуля: тип - интерактивный диалоговый информационно-логический; минимальные требования к компьютеру - Pentium IV, 256 MB RAM, Mouse, CD ROM, сетевая карта, модем; требования к программному обеспечению - ОС Windows 98 (2000, ХР), Office ХР (2003), Access 2000; используемые системы программирования - Visual Basic, C++, Delphi; объем на CD-диске без загрузки оперативной информацией - 36 MB; форма отображения выходной информации - текстовая, табличная; время выдачи табличной (текстозой) информации - не более 10 с при полной информационной загрузке.

Программный модуль PREMIER-PROJECT позволяет решать достаточно широкий класс слабо формализуемых задач выбора проектов как на стадии их идентификации и анализа, так и окончательного выбора. Проведенные исследования, показали, что его использование позволяет в 2,5 раза повысить оперативность анализа проектов и на 30% увеличить объем информации, учитываемой при принятии решений по их принятию (отклонению).

Обоснование видов и способов координационного управления региональными природоохранными проектами

Как следует из рассмотренной выше феноменологической модели, в зависимости от сложившейся в данном регионе практики управления возможны три вида координации природоохранными проектами: - координационное управление, про котором интересы координатора доминируют над интересами исполнителей; - координационное управление, при котором интересы исполнителей доминируют над интересами координатора; - координационное управление, при котором имеет место паритет интересов координатора и исполнителей. Следуя методике изложенной в [8,29,30], формально эти способы определим так называемым коэффициентом компромисса Коп = f(V,G,D,n,L), Коп 1, зависящим от стимулов, вынуждающих руководство предприятия идти на компромисс с центром, а именно: вере (V) в приоритет целей программы развития региона над целью проекта; поощрению (G), которое исполнитель (заявитель) проекта получит за свой вклад в достижение целей программы развития региона; наказанию (D), которое он может получить, если цели региональной программы не будут достигнуты в результате некачественной реализации проекта; самосознанию (П), в соответствии с которым исполнитель (заявитель) проекта сознательно отдает приоритет региональных целей по сравнению с целью собственного проекта; личностным отношениям (L) в виде симпатии или антипатии исполнителя (заявителя) проекта к координатору. Определение вида координационного управления с использованием введенного коэффициента осуществляется следующим образом: - если Коп - 1, то интересы координатора доминируют над интересами исполнителей проектов; - если Коп = 0, то интересы исполнителей проектов доминируют над интересами координатора; - если 0 Коп 1, то имеет место паритет интересов координатора и исполнителей проектов. Методика расчета коэффициента Коп дается в разделе 3.3.4. Решению задач координации должен предшествовать выбор способа координации, под которым понимается правило, регламентирующее взаимоотношения между координирующим органом и исполнителями проектов. Будем выделять пять основных способов координационного управления [10, 45], которые в нашем случае интерпретируются следующим образом. I способ - координация путем прогнозирования противоречий, при ко торой координатор на основе анализа текущей ситуации осуществляет про гнозирование характера и тенденций развития природоохранных программ региона и сообщает исполнителям проектов информацию о возможных про тиворечиях и путях их развития, а последние действуют с учетом этой ин формации, сообразуясь с общей экологической обстановкой в регионе. II способ - координация путем прямого регулирования противоречи вых взаимоотношений, при котором координатор отдает команды исполнителям проектов, полностью исключающие всякую неопределенность их действий, а они принимают эти команды к неукоснительному исполнению. III способ - координация путем «развязывания» противоречий, при которой координатор не вмешивается в противоречивые взаимоотношения исполнителей проектов, отдавая им «на откуп» решение возникающих проблем, ограничиваясь постановкой задач и оценкой результатов их выполнения. В этом случае исполнители отдельных проектов самостоятельно согласовывают параметры своих проектов, сообразуясь с общими требованиями координатора. IV способ - координация путем наделения ответственностью, при которой координатор разграничивает полномочия исполнителей проектов по разрешению возникающих между ними противоречий, а последние самостоятельно действуют в рамках отпущенных им полномочий. V способ - координация путем создания коалиций, при которой коор динатор объединяет исполнителей проектов в группы по какому-либо при знаку, например общности интересов, и предоставляет им возможность само стоятельно действовать в составе группы, но оставляя за собой право коррек тировать групповое поведение.

В табл.3.1 приведены рекомендуемые способы координации и результаты их ранжирования в зависимости от экологического состояния региона. Как следует из приведенной таблицы, общая закономерность такова: чем хуже экологическое состояние региона, тем выше должна быть степень централизации управления природоохранными проектами, и, наоборот, чем лучше экологическое состояние региона, тем менее централизованной должна быть структура управления процессом реализации природоохранных проектов. При управлении реальными программами развития региона указанные способы координации могут присутствовать в различных комбинациях и переходить один в другой [4]. Помимо этого, в рамках каждого способа координации возможны специфические модификации, различающиеся уже не по формальным, а по содержательным признакам. В частности, можно выделить целевую, ресурсную, временную, пространственную координацию, а также координацию по объектам воздействия и используемым при этом способам совершения действий. Комбинируясь и сочетаясь, эти модификации образуют практически неограниченное число возможных вариантов координационного управления. Это вынуждает переходить к более детальным алгоритмам, учитывающим индивидуальные особенности как координатора, так и координируемых субъектов. Рассмотрим возможные алгоритмы решения сформулированной задачи, основанные на модифицированном методе случайного поиска [74]. Как было показано выше, алгоритм координационного управления определяется тем, как соотносятся между собой интересы координатора Со и исполнителей координируемых проектов Ci,..., CN. Возможны три типовых варианта: интересы координатора доминируют над интересами исполнителей; интересы исполнителей доминируют над интересами координатора; имеет место паритет интересов координатора и исполнителей. Построим алгоритмы координационного управления для каждого из указанных вариантов.

Разработка комплекса моделей для оценки качества природоохранных проектов по совокупности количественных показателей

Модель предназначена для оценки природоохранных проектов в части сокращения загрязнения почвы углеводородными загрязняющими веществами путем расчета в каждый момент времени t интенсивности поступления и распространения загрязняющих веществ на поверхности почвы и растительности.

Входные данные. Входными данными математической модели являются функции (4.2) и (4.3), которые с учетом действия внешних факторов видоизменяются в (4.4) и (4.5) соответственно, и далее в (4.8). Входных параметров этих функций становится практически, вдвое больше, тем самым, учитывается максимальное количество факторов, которые могут повлиять на состояние загрязненности почвенного и растительного покрова.

Используемые в модели коэффициенты и параметры требуют экспериментального определения величин. Эти параметры условно можно разделить на четыре группы, в которых величины определяются: физико-химическими свойствами загрязняющих веществ; эколого-физиологическими свойствами живых организмов; характеристикой почв и ландшафта; метеорологическими факторами (скоростью и направлением перемещения приземного воздушного слоя, высотой нижней границы облаков).

Выходные данные. При статистическом или динамическом решении системы (4.9), получаем на выходе дискретную (ситуационную) или динамическую (прогнозную) картину поступления загрязняющих веществ в почву и растительность в виде изотермических кривых на картографическом фоне с указанием концентраций загрязняющих веществ (по типам).

Основные расчетные соотношения. Процессы миграции и рассеяния углеводородов в грунтах определяются их свойствами и параметрами среды. Жидкие углеводороды, фильтрующиеся с поверхности земли, могут вступать в физико-химическое, химическое и биологическое взаимодействие с системой «почва - вода - воздух». Следствием этих процессов может быть изменение фазового состояния и химического состава углеводородных смесей.

В процессе проникновения жидких углеводородов в почву происходит их сорбция на стенках пор. Причем преимущественно сорбируются полярные компоненты (нафтеновые кислоты, смолы, асфальтены). Способность к сорбции углеводородов понижается в ряду «олефины - ароматические углеводороды - циклопарафины - парафины». Способность углеводородов связываться с почвой зависит также от поверхностных свойств породы, прежде всего от капиллярных сил. Количество сорбированного вещества зависит от структуры, состава грунта и его влажности. Чем выше водонасыщенность грунтов, тем ниже их способность сорбировать углеводородные соединения.

Под дейстрием химического окисления и биогенного разложения может происходить разрушение нефтепродуктов в почве. Вклад процессов химического окисления в разрушение углеводородов различен для поверхностных и подземных вод. В условиях свободного доступа кислорода, под влиянием фотохимического действия света деградация углеводородов может протекать в результате автокаталитических процессов по механизму цепных свободно-радикальных реакций.

Попадая на поверхность земли, жидкие углеводороды начинают просачиваться по порам и трещинам пород зоны аэрации, где преобладает движение в вертикальном направлении. Когда нефтепродукты встречают на своем пути менее проницаемый слои или достигают уровня грунтовых вод, происходит их накопление и растекание в горизонтальном направлении.

Процесс проникновения в почву слоя жидких углеводородов, разлитых на поверхности земли, относится к плохо изученным нелинейным задачам фильтрации с неполным насыщением. Наиболее простой вариант такого класса задач изучается в гидрогеологии в связи с вопросами орошения и полива (влагоперенос в почве) [1,2,38]. Процессы инфильтрации углеводородов теоретически почти не исследовались. Эти задачи являются существенно более сложными по ряду причин. Во-первых, сама почва представляет собой трехфазную систему - твердые частицы, вода и воздух с парами воды. Почва содержит поры различных порядков крупности, причем системы «капиллярных» пор обеспечивают водоудерживающую способность пор, а «некапиллярные» определяют быстрое просачивание флюида в почву. И в такую сложную систему погружается углеводородная смесь, имеющая промежуточную смачиваемость по отношению к воздуху и воде. Другой принципиальной трудностью является недостаток эмпирического материала, необходимого для расчетов.

В качестве первого приближения к реальному процессу предлагается одномерная модель капиллярно-гравитационного впитывания углеводородов в почву.

Выберем декартову систему координат, ось z которой направлена вертикально вверх, а начало координат расположено в точке разлива загрязняющего вещества. В момент времени t = 0 на поверхность земли попадает слой однородной ньютоновской жидкости толщиной v0. Предполагается, что почва -изотропная, не деформируемая пористая среда, первоначально насыщена только воздухом либо воздухом и остаточной водой, содержащейся в виде неподвижных капелек и пленок. Снизу почва подпирается грунтовыми водами. Над их поверхностью существует капиллярная кайма, обусловленная капиллярным поднятием воды и почти непроницаемая для углеводородных жидкостей. Поэтому за нижнюю границу зоны аэрации, на которой ставится граничное условие, можно принять глубину расположения капиллярной каймы - Н. Предполагается, что жидкость и воздух несжимаемы, это вполне справедливо при небольших давлениях, характерных для рассматриваемого процесса.

После определенных выкладок, с учетом принятых допущений получим нелинейное уравнение для определения нефтенасыщенности: коэффициент смачиваемости почвы нефтью; h0 - толщина слоя нефти, попавшей на поверхность почвы; Н - глубина залегания капиллярной каймы; ki(s, v) - функция, характеризующая смачиваемость почвы нефтью (определяется для каждого типа почвы).

Искомыми функциями здесь являются нефтенасыщенность s(z, т) и п(т). Для сформулированной задачи были проведены расчеты [38], позволяющие оценить, насколько быстро происходит проникновение углеводородов в пористую среду и как следствие этого - дать оценку загрязнения почвы и грунтовых вод.

Рассмотренная модель дает максимальную оценку для глубины проникновения углеводородов вследствие допущения об отсутствии в почве подвижной воды и пренебрежения горизонтальным стеканием поллютанта. Несмотря на это, такая постановка применима для оценки распространения углеводородов в тех случаях, когда загрязнение охватывает большую территорию, в результате чего нефтенасыщенность зависит от горизонтальной координаты в малой окраинной области.

Похожие диссертации на Модели и программно-инструментальные средства поддержки решений при управлении региональными проектами по охране окружающей среды