Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших задач, стоящих перед Россией в XXI веке, является развитие атомной промышленности, и в том числе освоение новых месторождений урана. Связанный с этим рост масштабов использования урановых природных ресурсов, увеличение промышленных выбросов стали ощутимыми для экологического равновесия в регионах добычи урана.
В результате комплекса технологических процессов в биосферу поступают естественные радионуклиды, что приводит к ухудшению качества экосистем различного уровня. Особую опасность несет с собой ухудшение экологического состояния речных систем, обеспечивающих устойчивость жизнедеятельности прилегающих территорий.
Согласно требованиям Федерального Закона "Об охране окружающей среды РФ», в целях обеспечения готовности к действиям по локализации и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) организации, эксплуатирующие производственные объекты, обязаны планировать и осуществлять мероприятия по предотвращению аварий. На современном этапе забота о сохранении природы заключается в познании закономерностей причинно-следственных связей между функционированием уранодобывающего предприятия и гидрометеорологическими показателями ближайших территорий для возможности прогнозирования последствий возможных аварий.
Самым перспективным из новых добывающих предприятий атомной промышленности является Эльконский горно-металлургический комбинат (ЭГМК), расположенный в республике Саха (Якутия). Это месторождение урана является крупнейшим в мире. Новое производство, кроме выпуска готовой продукции, будет сопровождаться появлением больших объемов радиоактивных отходов (РАО) и вредных химических веществ (ВХВ), создающих значительную нагрузку на окружающую среду (ОС).
В связи с этим становятся актуальными задачи прогнозирования распространения радиоактивных загрязнений с территории ЭГМК, решение которых позволит создать современную систему экологического мониторинга.
Цель данного научного исследования заключается в повышении эффективности функционирования системы экологического мониторинга территории ЭГМК на основе прогнозирования количественных характеристик водной миграции радиоактивных веществ.
Идея работы заключается в выявлении факторов, влияющих на количественные характеристики водной миграции радиоактивных веществ, и разработке статистических и имитационных моделей и алгоритмов прогнозирования скорости, дальности и концентрации распространения радионуклидов речным потоком.
Задачи исследования. Исходя из цели и идеи исследования, были поставлены и решены следующие задачи:
изучение источников и объемов образования радиоактивных веществ в процессе функционирования ЭГМК с использованием методов общесистемного анализа;
анализ факторов, влияющих на дальность распространения радиоактивного загрязнения в речном потоке с использованием метода когнитивного моделирования;
построение модели и алгоритма прогнозирования скорости течения реки с учётом влияния гидрометеорологических факторов;
разработка модели и алгоритма прогнозирования дальности распространения и концентрации радиоактивного загрязнения в речном потоке на основе статистических и имитационных методов;
разработка комплекса инструментальных средств прогнозирования скорости течения реки и количественных характеристик миграции радионуклидов.
Научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:
уточнены и систематизированы источники и объемы образования радиоактивных веществ, попадающих в речную систему на Эльконском горно-металлургическом комбинате;
впервые разработана когнитивная модель для выявления факторов, влияющих на количественные характеристики водной миграции радиоактивных веществ, позволяющая построить модели прогнозирования скорости течения реки, дальности и концентрации распространения радиоактивных веществ;
впервые разработаны модель и алгоритм прогнозирования в оперативном режиме скорости течения реки с учётом влияния гидрометеорологических факторов на основе метода множественной регрессии;
разработанный комплекс моделей и алгоритмов прогнозирования дальности распространения и концентрации радиоактивного загрязнения по руслу реки на основе системы уравнений Навье-Стокса и уравнения концентрации впервые реализован с использованием метода имитационного моделирования Монте-Карло с учетом значений прогноза скорости течения реки.
Научная значимость диссертации состоит в выявлении источников и объемов образования радиоактивных веществ при добыче урана, попадающих в речную систему; формировании комплекса моделей и алгоритмов прогнозирования скорости течения реки, дальности и концентрации распространения радиоактивного загрязнения с учетом гидрометеорологических факторов для повышения эффективности функционирования системы экологического мониторинга территории ЭГМК.
Практическая значимость результатов состоит в разработке комплекса инструментальных средств, позволяющих в оперативном режиме прогнозировать дальность распространения и концентрацию радиоактивного загрязнения реки, которые используются в системе экологического мониторинга ЭГМК.
Методы и алгоритмы имитационного моделирования используются в учебном процессе для подготовки специалистов и магистров по направлению 230100 - «Информатика и вычислительная техника» специальности 230102 - «Автоматизированные системы обработки информации и управления» МГГУ, включены в разделы дисциплин «Моделирование систем», «Теория вероятностей и математическая статистика».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
использованием представительного объема гидрометеорологических данных, взятых из административного портала ФГУП «Центр Регистра и Кадастра» и с опорных метеорологических станций, расположенных по руслу реки Алдан;
корректным использованием методов статистического анализа и прогнозирования, математического, имитационного и компьютерного моделирования;
положительными результатами экспериментального моделирования скорости течения реки с учётом влияния гидрометеорологических факторов на основе статистических данных.
Реализация. Комплекс инструментальных средств апробирован на ЭГМК.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (МГГУ, Москва, 2009-2011), на XXII - й Международной экологической конференции студентов и молодых ученых (Москва, 2008), на Конференции молодых ученых и специалистов, посвященной дню химика (ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ», 2009), на Международной конференции «Экосистемы, организмы, инновации-11» (Биофак МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва, 2009), на II Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность современных социально-экономических систем» (Центр прикладных научных исследований, г. Волгоград, 2009), на 14-м Международном молодежном форуме «Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке» (Харьковский национальный университет радиоэлектроники, 2010), на 5-й Юбилейной конференции молодых ученых и специалистов ОАО «ВНИИХТ», посвященной 60-летию основания института (Москва, 2011), на Российской научной конференции МСИ-2011 (Новосибирск, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 9 в изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 110 наименований, содержит 24 таблицы и 42 рисунка.
