Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время в практической реализации концепции устойчивого социально-экономического развития человечества, провозглашенной на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992г, особую важность приобретает решение задач эколого-экономического анализа и оптимизации воздействия промышленных предприятий на окружающую среду. Методы эколого-экономического анализа и оптимизации являются необходимым инструментарием для определения оптимально допустимого уровня воздействия газовых и жидких выбросов предприятий, а также твердых отходов на различные природные системы, окружающие промышленное предприятие (леса, атмосферу, гидросферу и литосферу) с учетом наличия ограничений в объемах финансирования на природоохранные мероприятия. В Государственном докладе "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1992 году" в разделе "Влияние на окружающую среду хозяйственных комплексов" нефтеперерабатывающая промышленность наряду с химической, угольной, металлургической и др. отнесена к числу наиболее неблагоприятно воздействующих на окружающую природную среду. Таким образом, выбор нефтеперерабатывающих предприятий (НПП) как объектов эколого-экономического анализа является важным и актуальным. Модели, методы и алгоритмы, разработанные в диссертации, позволяют оценивать воздействия газовых выбросов НПП на лесные массивы. Выбор лесных массивов в качестве объектов эколого-экономического анализа не случаен. Леса в отличие от населения фиксированы по территории региона и лишены защитных средств, в силу чего являются естественными интеграторами вредных выбросов НПП и, таким образом, могут однозначно характеризовать уровень локального загрязнения промышленной территории. При этом интервалы времени удаления загрязнений из лесных массивов на определенных расстояниях от НПП значительно превышают интервалы времени их поступления в среду с атмосферными потоками, что приводит к эффекту интегрального накопления. Таким образом к числу наиболее существенных факторов воздействия выбросов НПП на окружающую среду следует отнести не только концентрацию, которая учитывается в нормативных значениях ПДК, но и длительность воздействия, что непосредственно может быть зарегистрировано по степени экологического ущерба для лесных массивов. Леса являются важнейшим компонентом биосферы, источником кислорода и поглотителем углекислого газа, нарушение баланса которых в биосфере может привести к глобальным климатическим и природным изменениям. В глобальном масштабе в настоящее время леса во всем мире оказались под угрозой неконтролируемого вырождения.
Вследствие сокращения лесных площадей происходит деградация речных бассейнов, эрозия почвы, а также уменьшение поглощения углекислого газа, накопление которого в земной атмосфере является причиной парникового эффекта. По данным Федеральной службы лесного хозяйства РФ общая площадь лесов, погибших вследствие промышленного загрязнения за 1991-1993гг составляет 65540 га, что представляет собой огромный природно-социальный и экономический ущерб. При этом не учитываются потери, связанные с частичной деградацией лесных массивов, которая характерна для буферных зон вокруг промышленных предприятий. В связи с вышеизложенным разработка алгоритмов и программно-информационного обеспечения эколого-экономического анализа воздействия НПП на прилегающие лесные массивы является актуальной научной задачей, имеющей важное хозяйственно-экономическое значение для количественной оценки и снижения вредного воздействия нефтеперерабатывающих предприятий на окружающую среду.
Основные направления исследований данной кандидатской диссертации выполнялись в соответствии с проектами Государственной научно-технической программы Госкомитета науки и технологий РФ "Экологическая безопасность химических производств" и Государственной научно-технической программы РФ "Новые принципы и методы получения химических веществ и материалов Приоритетное направление - создание энергосберегающих процессов на основе рациональных химико-технологических систем, оптимизации технологического оборудования и эффективных технологий разделения смесей" и Государственной научно-технической программы РФ "Российский лес".
Диссертация выполнялась при научных консультациях к.т.н., ст.н.с. Б. Е. Сельского.
Цели и задачи исследования. На основе использования траекторной статистической модели распространения газовых выбросов промышленных предприятий в окружающую среду с учетом химико-технологической, физико-химической, ландшафтной и метеорологической информации о техногенно-природной системе "нефтеперерабатывающее предприятие -, лесные массивы" выбрать виды и разработать алгоритмы расчета обобщенных эколого-экономических критериев оценки воздействия нефтеперерабатывающих предприятий на лесные массивы - в виде интегральных коэффициентов сохранности (ИКС), которые позволяют определять зоны экологической деградации и расчитывать экологический риск лесных массивов в районе нефтеперерабатывающих предприятий.
Создать архитектуру и программно-информационное обеспечение автоматизированной системы эколого-экономического анализа (АСЭК) воздействия
нефтеперерабатывающих предприятий на лесные массивы. Разработать и практически применить методику эколого-экономического анализа воздействия нефтеперерабатывающих предприятий на лесные массивы, которая позволяет научно-обоснованно прогнозировать снижение экологического риска для лесных массивов при уменьшении объемов газовых выбросов в результате реконструкции и модернизации, как основных технологических производств, так и установок газоочистки нефтеперерабатывающих предприятий.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
математическое моделирование полей среднегодового загрязнения территории в районах нефтеперерабатывающих предприятий;
математическое моделирование полей распределения интегральных индексов экологического состояния лесов;
экологическое зонирование территории и расчет экологического риска лесных массивов от выбросов нефтеперерабатывающих предприятий:
разработка методики оценки эколого-экономического анализа воздействия НПП на лесные массивы и прогнозирования снижения экологического риска от сокращения объемов вредных газовых выбросов НПП.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
проведен системный анализ НПП, как организованного источника газовых выбросов и разработана методика эколого-экономического нормирования газовых выбросов НПП, химических и нефтехимических предприятий, которая в отличие от существующих методик, основывается не на использовании значений предельно допустимых концентраций (ПДК) и выбросов (ПДВ), а на минимизации величины биологического ущерба, нанесенного лесным массивам газовыми выбросами;
для оценки биологического ущерба от газовых выбросов предложено использовать обобщенные точечные показатели - интегральные коэффициенты сохранности (ИКС) лесов, которые обеспечивают сжатие векторной многокомпонентной информации о показателях биологической деградации лесных массивов в комплексные точечные оценки;
разработаны алгоритмы расчета эколого-экономических оценок воздействия НПП на лесные массивы, которые основаны на оценке интегральных суммарных воздействий газовых выбросов на лесные массивы в виде суммарных "доза-эффект" зависимостей, для количественной оценки которых разработана специальная система интегральных индексов;
- разработан алгоритм расчета изолиний полей интегральных индексов
экологического состояния лесных массивов в районе НПП, который осуществляет
расчет пространственного распределения этих индексов с использованием
статистической траекторнои модели распространения газового шлейфа от НПП к лесному массиву;
- разработан алгоритм оценки экологического риска для лесных массивов в
районе НПП в виде математического ожидания среднегодовых "доза-эффект"
зависимостей. Указанный алгоритм для местностей со сложным рельефом или
чередованием поверхностей с различными термогидродинамическими свойствами:
лесных массивов, сельскохозяйственных угодий, водных поверхностей, населенных
пунктов, промышленных зон и пр. дает вероятностную оценку среднегодового
биологического ущерба лесным массивам;
разработана архитектура и основные компоненты программно-информационного обеспечения автоматизированной системы эколого-зкономического анализа воздействия газовых выбросов НПП на лесные массивы;
- на основе разработанных алгоритмов расчета эколого-экономических оценок
воздействия НПП на лесные массивы и показателей экологического риска создана
научно-практическая методика экологического зонирования территории лесных
массивов в районе НПП. Методика позволяет на основе рассчитанных значений ИКС
осуществлять выделение зон деградации лесных массивов и оценивать
относительные биологические ущербы, нанесенные НПП лесному массиву.
Применение методики необходимо для оценки экономической эффективности
мероприятий по реконструкции, модернизации, расширению объемов производства
и внедрению новых ХТС газоочистки на НПП.
Практическая значимость. Разработаны архитектура и основные компоненты программно-информационного обеспечения (операционная система MS DOS, язык программирования BorlandPascal) автоматизированной системы эколого-экономического анализа воздействия НПП на лесные массивы. На основе разработанных алгоритмов расчета эколого-экономических оценок воздействия НПП на лесные массивы создана практическая методика прогнозирования уменьшения ущербов лесам в районе НПП при сокращении объемов газовых выбросов. Методика основана на экологических оценках изменения площадей зон деградации при уменьшении выбросов.
Разработанная автоматизированная система и методики практически применены для решения задачи экологического зонирования территории вокруг МосНПЗ, а также для прогнозирования увеличения и уменьшения размеров зон деградации и ущербов вследствие соответствующего увеличения и уменьшения мощности выбросов сернистого газа на МосНПЗ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ. Основные результаты доложены и обсуждены на международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (Тула, июнь, 1996), на
Всероссийской научной конференции "Теория и практика массообменных процессов" (Уфа, октябрь, 1996), VIII и Х-ой Международных конференциях молодых ученых и студентов по химии и химической технологии (Москва, 1994, 1996).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 122 наименования; изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 39 рисунков, 14 таблиц.
