Совершенствование системы управления охраной окружающей среды (стр. 9 из 17)

К числу наиболее известных методов расчета распространения примесей в атмосфере относятся модели, основанные на гауссовском (нормальном) распределении случайных величин. В России к этому классу относится методика ОНД-86, признанная нормативным документом для расчета ПДВ. Многочисленные эксперименты показывают, что она может использоваться лишь для оценки максимально возможной наземной концентрации примесей при наихудших условиях рассеивания.

Для учета рельефа, вертикального профиля температуры, других метеоусловий разрабатываются более сложные модели, такие как гидротермодинамическая модель программного комплекса «ЗОНА». Не вдаваясь в детали описание модели, укажем, что она получила распространение в России, прежде всего, потому, что была доведена до программной реализации с полным комплектом документации. В то же время и по отношению к модели «ЗОНА» вопросы адекватности ее реальным полям загрязнений в условиях плотной городской застройки и сложной микроме-тереологии остаются открытыми. Вариант модели «ЗОНА» для автомобильного транспорта в настоящее время проходит апробацию в Москве. Известны и другие модели переноса, такие как модель А. П. Курковского, модель фирмы «ИНДИК» (Швеция) и т. п. Их адекватность реальной городской ситуации остается пока недоказанной.

Интерполяционные модели, как уже указывалось выше, в качестве исходных данных используют реальные значения концентраций примесей в заданных точках.

Значения концентрации примесей между заданными точками вычисляются по формулам интерполяции. Чаще других используется линейная интерполяция:

(2.3)

где f(n) - значение функции в точке n, l - расстояние между исходными точками, f(n + l) - значение функции в другой исходной точке,

f(n + x) - значение функции в точке, отстоящей на расстояние х от точки n.

Средняя квадратичная ошибка линейной интерполяции определяется формулой.

(2.4)

где b(l) - структурная функция рассматриваемого параметра:

b(l) = (f(n) – f(n+l))²(2.5)

Методы интерполяции хорошо работают в сплошных однородных средах, например, в неподвижной толще воды. В городе, где между двумя точками измерения может находиться автотрасса, или труба завода, механическое применение методов интерполяции может дать абсурдные результаты. Методы интерполяции, учитывающие неоднородность рельефа, наличие промежуточных источников выбросов, автору неизвестны.

Таким образом, чтобы дать рекомендации- по применению той или иной модели необходимо статистически достоверное их тестирование. Как правило, на него нет ни времени, ни денег, поэтому достоверность моделей пока все-таки остается вопросом веры[18].

3. Использование информационных систем управления состоянием окружающей среды

3.1 Структура программы

Для расчетного многоуровневого мониторинга состояния окружающей среды перспективно использование программного комплекса «Гарант-универсал».

Одним из важнейших методов исследования состояния окружающей среды в зоне влияния промышленных объектов является расчетный мониторинг, т.е. регулярные работы по определению пространственно-временных характеристик загрязнения атмосферы, почвы и воды на основе расчетов по математическим моделям переноса и диффузии атмосферных примесей, использования волновых уравнений, описывающих источники шума, и т.п. Исходными для расчета служат данные инвентаризации источников выбросов, источников шума и т.п., а также климатические и метеорологические характеристики.

Деятельность промышленных предприятий сопровождают различные виды вредного воздействия: выбросы в атмосферу токсичных компонентов дымовых газов и частиц от стационарных и подвижных источников, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение и утилизация отходов, шумы, вибрации, электромагнитные и радиационные воздействия и т.д.

Комплексный учет всех факторов при проведении расчетного мониторинга для различных уровней территорально-административных схем городского хозяйства (промышленное предприятие, группа предприятий и т.п.) возможен с применением программных комплексов.

Разработанные методики комплексного экологического мониторинга и программная реализация предложенных моделей позволили ООО «НПО “Фирма Гарант”» создать систему оценки воздействия основных факторов промышленного и транспортного загрязнения окружающей среды на объекты жилой зоны мегаполисов и промышленных центров[19]. Разработанный программный комплекс (ПК) «Гарант-Универсал», в состав которого входят модули «Гарант-ПДС», «Нуклид», «Гарант-Шум», «Гарант-Инфразвук», «Гарант-Ультразвук», «Гарант-Вибрация», «Гарант-Отходы», «Гарант-ЛЭП» и др., может быть взят за основу для создания системы комплексного расчетного экологического мониторинга.

ООО "НПО Фирма ГАРАНТ" создано в 1990 году коллективом научных работников и специалистов с целью ведения экологической деятельности в интересах региональных органов экологического надзора и контроля России, в том числе и г. Москвы и Московской области.

Сотрудники фирмы, в число которых входят доктора и кандидаты наук, имеют богатый опыт в разработке программного обеспечения для решения прикладных задач в области гидрогазовой динамики, теории струйных течений, теплопередачи и атмосферной диффузии применительно к проблемам охраны окружающей среды. Ими разработаны уникальные методики и программы по расчетам загрязнения атмосферного воздуха и почвы от испытательных стендов силовых установок ракетно-космических и авиационных предприятий. Методики и программы согласованы в ГОСКОМГИДРОМЕТе и ряде ведущих институтов СССР. Получили известность научные труды сотрудников Фирмы по оценке фазовых превращений примесей в процессе их рассеивания в атмосфере и физико-химических процессов при течении двухфазных потоков в каналах с твердыми и жидкими стенками.

С 1985 года творческий коллектив Фирмы "ГАРАНТ" имеет научные связи с отделом Атмосферной диффузии и загрязнения атмосферного воздуха ГГО им. А.И. Воейкова, возглавляемым профессором д.ф-м.н. Берляндом М.Е. Основное направление сотрудничества связано с разработкой Общесоюзного нормативного документа "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий" (ОНД-86).

Ученые Фирмы "ГАРАНТ", в рамках договора с ГГО им. А.И. Воейкова, внесли свой вклад в окончательную редакцию рукописи ОНД-86, особенно в связи с возможностями численных алгоритмов, реализующих основные положения методики. Практический результат этих работ ГГО им.А.И. Воейкова подтвердила актом о внедрении.

На базе ОНД-86 в 1987 г. коллектив Фирмы "ГАРАНТ" разработал первые в СССР программы для ЭВМ типа ЕС и СМ (“Гарант” и “Универсал”), рекомендованные ГГО им.А.И.Воейкова ГОСКОМГИДРОМЕТа и ГОСКОМПРИРОДЫ СССР для использования на всей территории СССР. Эти программы первыми в СССР были реализованы для ПЭВМ (см., например, письмо ГОСКОМПРИРОДЫ СССР N 09-2-2/1390 от 28.07.89 г. "О списке программ расчета загрязнения атмосферы на ЭВМ") и имеют наибольший опыт эксплуатации из действующих в настоящее время в России. Программа "УНИВЕРСАЛ", учитывающая аэродинамику обтекания зданий воздушным потоком, в соответствии с приложением N2 ОНД-86, более 10 лет оставалась уникальной, не имея аналогов. Кстати, из всех организаций, упомянутых в вышеназванном списке, только фирма "ГАРАНТ" продолжает успешно заниматься экологической деятельностью.

В 1997 году впервые в России для аналогичного вида программной продукции программный комплекс (ПК) "Гарант-Универсал" (версия 1) получил сертификат соответствия Госстандарта России в системе сертификации ГОСТ Р на соответствие требованиям нормативных документов, включая ОНД-86. В 2000 году ПК "Гарант-Универсал" (версия 2) был вторично сертифицирован Госстандартом России на соответствие требованиям нормативных документов, включая ОНД-86, и был в очередной раз рекомендован к использованию Госкомэкологией России территориальным органам (см. письмо Госкомэкологии России исх. 02-19/24-127 от 04.05.00 г. за подписью Первого заместителя Председателя Госкомэкологии России А.Ф. Порядина).

Развитием разработок программных средств воздухоохранного назначения является создание ПК для решения этих же задач в масштабе района, города, региона.

ООО "НПО ФИРМА ГАРАНТ" имеет лицензии на разработку проектов нормативов ПДВ, ПДС, СЗЗ, лимитов размещения отходов, экологических паспортов, разделов "Охрана окружающей среды" в составе проектной документации и успешно более 10 лет использует собственное программное обеспечение в проектных работах, разработав более 100 проектов.

Рис. 3.1 – Архитектура комплекса ПК «Гарант-Универсал»

Общая архитектура ПК «Гарант-Универсал» представлена на рис. 3.1. Программный комплекс состоит из шести основных элементов – это база данных, расчетные модули, архив результатов расчетов, средства графической визуализации результатов расчетов и монитор, который связывает все шесть основных элементов по управлению и по базам данных. Основное приложение включает в себя шесть подсистем («Воздух», «Отходы», «Радиация», «Шум, инфразвук, ультразвук», «Вибрация», «Вода»). Каждая подсистема представляет собой набор программных компонентов и может функционировать как в составе программного комплекса, так и самостоятельно. Связь между программными компонентами и расчетными модулями осуществляется с помощью файлов определенной спецификации с заданием на расчет и с результатами расчетов. Результаты расчетов могут быть сохранены в специализированном архиве.