Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время особое значение приобретают исследования проблем, связанных с оценкой антропогенных воздействий на окружающую среду, вызванных, прежде всего, влиянием деятельности человека, а также динамических процессов, протекающих в природе. Если изучение единой системы ноосферы, включающей человеческое сообщество как одного из ее активных элементов, постепенно приобретает вполне четкий практический смысл, то возможность сознательного влияния человека на глубинные процессы биосферы остается далеко неясной и требует решения совершенно новых фундаментальных проблем. Главная из них - разработка стратегии использования огромного потенциала технической цивилизации для совершенствования отношений людей с окружающей средой. Эта стратегия во многом должна носить характер адаптации человеческой деятельности к естественным условиям обитания и ігх направленному улучшению. Она требует всесторонних знаний, объединяющих естественные, общественные и технические науки.
Частным случаем указанной проблемы является ее решение для гидросферы. Оно определяет исключительно высокие требования к развитию водного хозяйства, одного из важнейшігх ресурсообеспечивающігх и природоохранных комплексов страны. Это хозяйство является основой для успешного функционирования предприятий с их водопроводно-канализационной системой, гидроэнергетики, водного транспорта, рыбного хозяйства, орошаемого земледелия.
Составной частью водного хозяйства страны являются поверхностные воды. Поверхностные воды представляют собой компонент окружающей природной среды. С одной стороны, он возобновляемый, но с другой стороны, его возможности ограничены и он подвержен как количественному, так и качественному изменению под воздействием человека. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию к увеличению их загрязненности. Ежегодно увеличивается количество створов рек с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и число случаев с экстремально высоким загрязнением водных объектов (свыше 100 ПДК). Проблема обеспече-
ния населения и народнохозяйственного комплекса России водой нормативног качества с каждым годом все более обостряется. Сегодня она становится одно из главных социально-экономических проблем в осуществлении Государстве! ной стратегии экономической безопасности страны. Поэтому необходимо со: дание хорошо формализованных моделей живой и неживой природы, дающи основание не только для количественного анализа процессов, происходящих ней, но и для решения практических задач. В частности, актуальной задачей дг города Орла и Орловской области является создание метода контроля повер; ностных вод и математического моделирования их состояния с целью прогноз;
Целью работы является разработка метода прогнозирования и оценки к; чества поверхностных вод по данным контроля гидрометеорологически служб, обеспечивающего прогноз степени загрязнения и времени добегания з; грязнения в заданный пункт в штатных и нештатных ситуациях (на приме} реки Оки в пределах Орловского региона).
Этапы выполнения работы и основные ее задачи:
теоретическое обоснование целесообразности применения метода математі ческого моделирования для контроля качества поверхностных вод;
проведение анализа системы наблюдений и контроля (мониторинга) за з грязнением поверхностных вод;
выбор метода моделирования;
разработка методики прогноза качества воды в реке Ока в пределах Орло ской области;
создание математической модели прогноза качества поверхностных вод пс воздействием антропогенной нагрузки по основным видам загрязнений m штатных и нештатных ситуациях;
разработка алгоритма программной реализация методики и математическс модели;
метрологическое исследование полученных результатов.
Методы и средства исследования. При выполнении работы использует метод аналитического математического моделирования на основе балансово
подхода, метод математической индукции, численные методы, методы теории вероятностей и математической статистики, в том числе аппарат дифференциальных и алгебраических уравнений с применением традиционных способов их решений. Разработанные алгоритмы, компьютерная программа и созданная база данных реализованы средствами EXCEL 7.0.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен метод прогноза качества поверхностных вод речного бассейна реки путем учета взаимосвязи между изменениями экологических и технологических факторов на основе стандартной информации Орловской центральной гидрометеорологической службы и комитета по природным ресурсам;
на базе предложенного метода разработана математическая модель оценки качества речных вод и последствий антропогенной нагрузки (на примере реки Оки) при штатных и нештатных ситуациях;
проведено метрологическое исследование предложенной методики и математической модели.
Практическую ценность составляют:
математическая модель распределения загрязнений по стоку реки и метод определения количества загрязняющих веществ в заданных пунктах с помощью этой модели;
математическая модель прогноза качества поверхностных вод речного бассейна реки при штатных и нештатных ситуациях;
компьютерная программа, реализующая предложенную методику прогноза качества поверхностных вод.
На защиту выносятся:
метод прогноза качества поверхностных вод Орловского региона на основе данных контроля за состоянием указанных вод;
математическая модель прогноза качества поверхностных вод (на примере реки Оки);
компьютерная программа, реализующая предложенную математическую модель.
Реализация и внедрение результатов исследования. Результаты теоретике ских и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной ра боте, подтверждены внедрением разработанного метода в процесс контроля со стояния среды на Орловской ЦГМС (акт о внедрении прилагается) и введениен его изучения и использования на 2-х кафедрах ОрелГТУ: прикладноі математики и информатики - в программе курса «Программирование и расчеті на ЭВМ» и информационные системы - в дипломном проектировании.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждены и по лучили положительную оценку на 5 научных конференциях: I Международно! научно-технической конференции «Экология человека и природы», Иванове 1997; международной научно-методической конференции «Новые информаци онные технологии в экологии», Липецк, 1997; международной научно-практа ческой конференции «Будущее России - социально-экономический, экологичс ский аспекты», Санкт-Петербург, 1997; 1-й Российской научно-практическо конференции «Актуальные проблемы медицинской экологии», Орел, 1998.
Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работ опубликованы 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 15 страницах машинописного текста, содержит 10 рисунков, 24 таблицы. Она с< стоит из четырех глав, заключения, списка используемых литературных исто1 ников, включающего 142 наименования работ отечественных и зарубежных а торов, а также 6 приложений.
