Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время контроль загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории осуществляется путем экспериментальных замеров концентраций веществ в приземном слое атмосферы. Эти замеры позволяют выявить «мгновенные» (за период 20 минут) концентрации вредных веществ в воздухе. Приземные концентрации зависят от количества выбрасываемых веществ, высоты источника, параметров струи выбрасываемых газов и метеорологических условий. Для получения достоверных данных о максимальных и средних концентрациях веществ в воздухе необходимо провести очень большое число измерений. Это может быть выполнено путем создания разветвленной сети постов по контролю чистоты атмосферного воздуха на исследуемой территории. Эпизодические замеры концентраций вредных веществ в воздухе не дают полной картины загрязнения территории выбросами от источников и не позволяют оценить с достаточной точностью массу вредных веществ, выбрасываемых из этих источников.
Для расчета максимальных приземных концентраций вредных веществ в настоящее время применяется методика ОНД-91, утвержденная Госкомгидрометом. На основании этой методики различными институтами разработаны программы расчета рассеивания веществ на ЭВМ. Программы расчета позволяют определить значения максимальных концентраций веществ при наиболее опасных скоростях ветра и построить карты изолиний возможных концентраций веществ в приземном слое атмосферы вокруг источников выбросов, а также произвести расчет средних концентраций веществ в приземном слое атмосферы за определенный период с учетом "розы ветров". Однако при инвентаризации источников могут быть не учтены неравномерность выделения вредных веществ, отказы пылегазоочистных аппаратов и т.д., что может в десятки раз снизить расчетные показатели загрязнения территории.
Расчетные значения интенсивности выпадения сульфатов и нитратов отличаются от измеренных по загрязнению снежного покрова от 10-50% до 200% и даже 900%. Резкое отличие расчетных и измеренных значений интенсивности выпадения сульфатов и нитратов объясняется, вероятно, не только неточностью исходных данных инвентаризации выбросов, неучетом дополнительных низких источников, но и несовершенством используемых моделей.
Целью работы является установление новых и уточнение известных закономерностей загрязнения снежного покрова
выведением загрязнителей из атмосферы для более достоверной оценки состояния воздушного бассейна территории, подверженной воздействию выбросов вредных веществ промышленных предприятий.
Идея работы заключается в том, что повышение достоверности оценок состояния воздушного бассейна обеспечивается адекватными моделями теории нечетких множеств и использованием данных о загрязнении снежного покрова исследуемой территории, позволяющих с достаточной точностью определять суммарное выпадение веществ в любой точке территории за дли-
тел ьный_зи^ний_период.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планами межрегиональных научно-технических программ "Прогноз", "Экологически чистое горное производство" и Федеральной целевой программы "Интеграция".
Основные научные положения работы заключаются в следующем:
достоверная оценка выбросов загрязнителей в атмосферу может быть осуществлена только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями, отражающими связь образования пылегазовых выбросов с данными загрязнения снежного покрова, и использовании единой согласованной системы инвентаризации источников загрязнения атмосферы на территории промышленно развитого региона;
принятие решений при оценке экологической ситуации в условиях неопределенности эффективно реализуется экспертным методом на основе теории нечетких множеств.
Новизна основных научных и практических результатов: разработаны методические положения оценки загрязнения атмосферы, отличающиеся тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных;
проведена инвентаризация источников загрязнения атмосферы на нескольких крупных промышленных предприятиях г. Тулы, позволившая разработать проекты нормативов ПДВ с учетом перспективных планов реализации мероприятий по снижению пылегазовых выбросов и текущего контроля эффективности этих действий с использованием информационной технологии;
разработаны методические положения и математические модели для расчетов интенсивности выпадения веществ от нескольких источников по данным загрязнения снежного покрова;
обосновано применение разработанной методики для ориентировочных расчетов при минимальном числе анализируемых
проб снега;
разработаны математические модели для оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу на основе аппарата теории нечетких множеств, позволяющие повысить эффективность принятия решения за счет базы данных, дополненной информацией о загрязнении снежного покрова.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической физики и современных достижений вычислительной техники;
достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований интенсивности образования пылегазовых выбросов в атмосферу;
удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу (в среднем отклонения не превышали 30 %).
Практическое значение работы заключается в том, что разработан единый подход к инвентаризации выбросов загрязнителей в атмосферу расчетным методом. Разработаны математические модели образования пылегазовых выбросов в зависимости от данных загрязнения снежного покрова, что повышает эффективность САПР экологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Разработаны комплексы математических моделей для уточненной оценки интенсивности выпадения веществ от источников загрязнения, что позволяет более объективно определять вклад предприятий в загрязнение.
Реализация работы. Разработанные методические положения оценки воздействия предприятий на воздушный бассейн были использованы на промышленных предприятиях г. Тулы, аналитической группой Тульского областного общества по охране природы и позволили получить достоверные оценки предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу, а также разработать комплекс эффективных технических мероприятий по контролю за выбросами. Основные научные и практические результаты были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу "Промышленная экология. Защита биосферы" для студентов специальности 320700 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".
Апробация работы. Научные положения и практические ре
комендации диссертационной работы в целом и отдельные ее
разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах
кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ
(г.Тула, 1996 - 2000 гг.), ежегодных научно-практических конфе
ренциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ
(г.Тула, 1996 - 2000 гг.), на 1-й Международной конференции
"Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих
технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов
горного производства" (г.Тула, 1996 г.), на 2-й Международной
конференции по экологическому образованию^Между_школой_и_
университетом"-(г.Тулаг1996"г.),_на_1:й Международной конфе
ренции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельно
сти "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы"
(г.Тула, 1997 г.), на научно-практической конференции, посвящен
ной 50-летию образования Тульского областного общества охра
ны природы (г.Тула, 1997 г.), на научных чтениях "Белые ночи"
(г.Санкт-Петербург, 1997 г.), на 2-й Международной конференции
по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности
"Поиск, оценка и рациональное использование природных ресур
сов. Наука, практика и перспективы" (г.Тула, 1998 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований имеется 9 публикаций.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав, изложенных на 248 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 23 иллюстрации, приложение из 9 таблиц и 22 иллюстраций, список литературы из 139 наименований.
Автор диссертационной работы выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Э.М. Соколову за постоянную методическую помощь и ценные консультации.