Введение к работе
Актуальность работы
Столица государства Бангладеш - город Дакка - в настоящее время является крупным современным мегаполисом с населением более 15 миллионов человек и ежегодным приростом населения около 3% в год. В непосредственной близости от территории мегаполиса расположена замкнутая речная система. Снабжение населения питьевой водой осуществляет Департамент водоснабжения и канализации Дакки (DWASA), используя для этого преимущественно грунтовые воды. Однако уровень грунтовых вод снижается, по данным исследований, на 1-3 м/год, что в ближайшей перспективе может привести к оседанию почв, изменениям в растительном покрове и другим экологическим последствиям, в том числе уменьшению поступления питьевых вод. Проблемы изучения поверхностных вод и повышения их качества становятся все более актуальными, поскольку при существующих темпах деградации подземных источников вод в течение ближайшего десятилетия возникнет проблема очистки речных вод как для бытовых, так и для промышленных целей.
В настоящее время вода в речной системе мегаполиса Дакка ограниченно пригодна для использования. По многим параметрам качество речной воды не соответствует стандартам, особенно при снижении уровня воды в реках в сухих сезонах. Помимо сельскохозяйственных стоков и бытовых сточных вод, значительный вклад в загрязнение поверхностных вод вносят предприятия текстильной и кожевенной промышленности, а также машиностроительные и химические предприятия, сосредоточенные в 6 основных промышленных зонах (кластерах), расположенных как в городской черте, так и в ближайших пригородах. Основными параметрами, определяющими качество воды в речной системе, являются концентрация растворенного кислорода (DO), химическая (COD) и биохимическая (BOD) потребность в кислороде, содержание твердых частиц (TDS), а также концентрации химических загрязнителей (анионы кислот, ионы металлов, аммиак и т.д.).
Изучению качества воды в речной системе мегаполиса Дакка посвящены работы многих исследователей, однако большинство таких исследований охватывает лишь отдельные небольшие части речной системы. Таким образом, обеспечение возможности совместного анализа данных о качестве воды во всей речной системе в целом представляется весьма актуальной задачей.
Цель работы
Целью работы является повышение эффективности сбора, хранения и совместного анализа данных на основе графовой модели для принятия научно обоснованных управленческих решений по повышению качества воды в речной системе мегаполиса Дакка.
Объект исследования - речная система мегаполиса Дакка.
Предмет исследования - применение системного подхода, теории множеств и теории графов для совершенствования информационной поддержки систем мониторинга качества воды в речной системе мегаполиса Дакка на основе технологий хранилищ данных.
Задачи исследования:
Системный анализ проблемы качества воды в речной системе мегаполиса Дакка;
Построение формализованного теоретико-множественного и теоретико-графового описания речной системы мегаполиса Дакка;
Разработка алгоритмов построения графовой модели речной системы мегаполиса Дакка и алгоритмов формирования частных речных подсистем;
Модификация структуры хранилища данных параметров качества речной воды на основе графовой модели речной системы для обеспечения возможности проведения совместного анализа накопленных данных.
Научная новизна:
На основе системного анализа речной системы сформирована иерархия понятий, относящихся к речной системе;
На основе разработанной иерархии понятий составлены теоретико-множественное и теоретико-графовое описание речной системы мегполиса Дакка;
Разработаны алгоритмы построения обобщенной графовой модели речной системы и алгоритмы формирования частных речных подсистем для совместного анализа данных, полученных на различных фрагментах речной системы;
Модифицирована структура хранилища данных параметров качества речной воды на основе графовой модели речной системы, обеспечивающая возможность проведения совместного анализа накопленных данных.
Практическая значимость:
Выполнена программная реализация разработанных алгоритмов формирования графовой модели и матрицы речных подсистем;
Заполнены таблицы речных фрагментов и графовой модели в хранилище данных параметров качества речной воды;
Разработаны рекомендации по проведению исследований качества воды на основе графовой модели речной системы и хранилища данных параметров качества воды.
Методы исследования
В основу решения поставленных задач положены методы системного анализа (декомпозиция, классификация, иерархическое упорядочение, абстрагирование, формализация, композиция, моделирование), теория множеств, теория графов, методология функционального моделирования IDEF0, методология проектирования баз данных IDEF1X, теория реляционных баз данных и хранилищ данных.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы представлены на 1-й ежегодной международной конференции "Экологическая наука и технологии", Университет Ибб, Йемен; "Международной конференции по устойчивому развитию", Онтарио, Канада и Заочной электронной конференция Российской Академии Естествознания "Современные проблемы загрязнения окружающей среды".
Публикации по теме диссертации
По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 статья в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных работ, 2 статьи в зарубежных научных журналах, 3 публикации в сборниках трудов и тезисов докладов всероссийских и международных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, изложенных на 96 страницах, включая библиографию из 104 литературных источников.
