Аналіз математичних моделей екосистеми та методів прогнозування процесів в ній - Екосистема як об'єкт моделювання та прогнозування
Вплив забруднюючих речовин на стан довкілля прямо залежить від їх фізичних і хімічних властивостей та властивостей продуктів їх розпаду, а також концентрації тих та інших. Найважливішим параметром, що визначає масштаб поширення забруднення в атмосфері, є тривалість його існування в атмосфері. Однією з головних задач екологічного моделювання є прогнозування розвитку того чи іншого екологічного процесу з метою оптимізації діяльності людини щодо забезпечення мінімального ступеня її негативного впливу на екологічне середовище.
Метод математичного моделювання процесів полягає в детальному аналізі причин можливих змін у стані довкілля, побудові теорії часткових процесів і подальшому створенні спрощеної версії будови загального процесу - об'єднаної моделі реальної системи. При прогнозуванні наслідків антропогенних впливів на природне середовище розрізняють геофізичні моделі (моделі процесів переносу або перетворення забруднюючих речовин у навколишньому середовищі) та екологічні моделі (зміни стану екосистеми під впливом забруднення) [3].
Регресійна модель поширення забруднення.
Для побудови моделі поширення забруднень по території, що оточує джерело забруднення, часто користуються методом регресії. У цьому методі істинна залежність концентрації забруднення від часу і координат апроксимуються деяким поліномом, що залежить від часу (t) і відстані (х) уздовж напрямку поширення забруднення. Період часу спостереження і підконтрольна ділянка простору розбиваються на однакові інтервали і, а середню концентрацію забруднювача на кожному з таких інтервалів нормують шляхом ділення на певне значення концентрації С0. Поліном, за допомогою якого складають регресію, має наступний вигляд:
U(і, k) = a0 - a1U(i, k-2) - a2U(i+1, k-1) - a3U(i, k-1) + a4U2(i, k-1),(1.1)
Де u(і, k) = С(i, k)/С0 - відносна (нормована на С0) концентрація забруднювача.
Розсіювання речовини в атмосфері за умови відсутності і переміщування фаз внаслідок дії вітру, тощо проходить за рахунок явища молекулярної дифузії. Молекулярна дифузія - це самочинний процес переносу речовин внаслідок хаотичного руху атомів, молекул, іонів, колоїдних частинок у газах, рідинах і твердих речовинах у напрямку зменшення концентрації [4].
Кількісно молекулярна дифузія описується першим та другим законами Фіка:
, (1.2)
Де: t - час;
С - концентрація дифузата;
D - коефіцієнт дифузії;
Х - координата у напрямку дифузії.
Точні розрахунки переносу забруднювачів від точки викиду можна провести, розв'язавши рівняння (1.2). Проте це рівняння не має загального розв'язку, а може бути розв'язане лише при певних граничних умовах.
Якщо джерело викид забруднювача діє постійно, концентрація забруднювача у викиді стала і дорівнює С0, а концентрація С у початковий момент у будь-якій точці, крім точки викиду, дорівнює нулю, то тоді граничні та початкові умови мають такий вигляд:
- А) С = 0 при t = 0; Б) С = С0 = Сonst при х = 0 і не залежить від часу.
Розв'язок рівняння при таких граничних умовах має вигляд:
(1.3)
Де вираз, що стоїть у дужках - це трансцендентна функція Крампа, або додаткова функція похибок.
Значення функції Крампа залежно від значення аргументу визначаються за допомогою комп'ютера або спеціальних таблиць.
Однією з поширених задач екологічного прогнозування є отримання прогнозу якості довкілля. Її головним критерієм є показники якості атмосферного повітря.
Якість атмосфери оцінюється за результатами статистичної обробки проб атмосферного повітря. Для забезпечення достатнього представництва статистичної вибірки необхідно відібрати досить велику кількість проб, інакше важко одержати достовірну інформацію про наявність кореляції між складом проб і різними факторами, такими, як висота, швидкість вітру, напрямок вітру тощо.
Виявлення кореляції - це необхідна процедура для побудови прогнозу якості екологічного середовища. З цією метою проводять дисперсійний, кореляційний і регресивний аналіз бази даних, отриманих у ході відбору проб. При доборі проб фіксуються параметри, від яких прогнозується залежність стану атмосфери (напрям вітру, висоту добору проб тощо) [3].
Для кожного параметра відбирають не менше 5-10 проб, тобто, у кожній фіксуючій точці відбору проводять відбір проб не менше п'ять разів уранці й п'ять разів ввечері, щоб напрямок вітру був щоразу різним. За результатами аналізу проб будується багатофакторна база даних. Потім база даних групується в групи за кожним з факторів і проводиться дисперсійний аналіз результатів вимірювань.
Проблема забруднення навколишнього середовища набуває комплексного, широкомасштабного характеру. Таким чином, розв'язання цієї проблеми вимагає створення комплексної програми з розміщення продуктивних сил за регіонами, яка здійснюється на основі побудови глобальних та регіональних оптимізаційних моделей розвитку соціоекосистеми і здійснення на їх основі відповідного прогнозування. В основу оптимізації повітряного середовища покладені положення теорії молекулярної, термодифузії, статистичного аналізу.
Ймовірно-статистичний метод. Цей метод заснований на реалізації рівняння регресії, запропонованого Ковальчуком. Метод розроблений для умов, у яких перенос речовини здійснюється лише за рахунок дифузійних процесів у повітряному середовищі. Для роботи моделі задають початкові умови: значення концентрацій, отримані шляхом наземних вимірів у двох точках на відстані 0,5 і 1 км від джерела забруднення; висоту джерела; потужність викиду. При цьому визначається зміна відносної концентрації u забруднювача при збільшенні відстані R до джерела залежно від впливових факторів - висоти джерела Н і маси викиду М [5].
Візьмемо для прикладу модель поширення діоксиду вуглецю. Концентрація СО2 обчислюється за формулою (1.5):
(1.4)
Де RI - відстань від джерела забруднення до точки виміру;
UI - відповідна відносна концентрація;
М - потужність джерела викиду в тоннах на добу.
Похожие статьи
-
Розрахунок забруднення атмосферного повітря викидами одинарного джерела проводиться згідно вимог нормативного документу ОНД-86 "Методика расчета...
-
При роботі трьох підприємств (№3, №27, №29) в атмосферне повітря викидається такі речовини, як: діоксид азоту (NO2) та оксид азоту (NO). Для розрахунку...
-
Як показало моделювання, досліджувана екосистема (атмосферне повітря) знаходиться в гарному стані. Викиди від підприємств 3, 27, 29 та їхні сумарні...
-
Розрахунок концентрації забруднюючих речовин в атмосфері без врахування впливу забудови здійснюється за методикою ОНД-86 для точкових джерел і...
-
Для прогнозу математичної моделі, рівняння якої найкраще описує процеси, що відбуваються в системі та прогнозування за якою буде найбільш вдалим,...
-
Вихідними значеннями для прогнозування концентрацій забруднюючих речовин в атмосферному повітрі є дані спостережень за один місяць наведені в таблиці...
-
Метод Крігінг (Kriging) - Аналіз радіаційного забруднення засобами геоінформаційної системи
Метод Крігінг - це статистичний метод обчислення кореляції зміряних точок за допомогою варіографії. При розрахунку невідомого значення чарунки найближчим...
-
Вступ - Екосистема як об'єкт моделювання та прогнозування
Атмосферне повітря, без сумніву, є однією з основних умов існування життя на Землі, її невід'ємною складовою. Існування живих організмів неможливе без...
-
Метод обернено зважених відстаней (IDW) заснований на головному принципі географії - чим ближче розташовані об'єкти, тим більше вони схожі. Таким чином,...
-
Висновки - Екосистема як об'єкт моделювання та прогнозування
В курсовому проекті ми провели моделювання та прогнозування розсіювання забруднюючих речовин від викидів стаціонарних джерел. Було охарактеризовано вплив...
-
Розрахунок концентрації забруднюючих речовин в атмосфері без врахування впливу забудови здійснюється за допомогою програми ОНД-86 для точкових джерел....
-
Метод Сплайн (Splin) - Аналіз радіаційного забруднення засобами геоінформаційної системи
Метод Сплайн концептуально можна представити як спробу найкращим чином провести гумовий лист через точки, підняті на висоту їх зміряних значень. Критерій...
-
Принципи спостереження за хімічним забрудненням грунту (три методи) Розглянувши основні підприємства м. Вінниці які забруднюють важкими металами...
-
Забруднення атмосфери - результат викидів забруднюючих речовин з різних джерел. Причинно-наслідкові зв'язки цього явища потрібно шукати в природі земної...
-
Модуль GeostatisticalAnalyst, призначений для вдосконаленого моделювання поверхні з використанням детерміністів і геостатистичних методів. Модуль...
-
Література - Екосистема як об'єкт моделювання та прогнозування
1. Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек. - М.: Высшая школа, 1987. - 320 с. 2. Калверта С. Г., Инглунд Г. М. Защита атмосферы от...
-
Особливості відходів термопластів і фізико-хімічних процесів їх деструкції Полімери (від грецького polus (полюс) - багато і meros (мерос) - частина) - це...
-
Людська діяльність неминуче призводить до змін атмосфери. З метою обмеження шкідливих викидів у атмосферне повітря необхідно здійснювати постійний...
-
Комп'ютерне моделювання в екології - Комп'ютерне моделювання в екології
1. Приклади рівнянь. У розділі про моделювання за допомогою диференціальних рівнянь у першу чергу розглядаються моделі фітопланктонних і мікробіологічних...
-
Ідеальною апаратурою для проведення радіаційних вимірів є професійні геофізичні радіометри. У роботі екологічної експедиції можуть також застосовуватися...
-
Материалы и методы - Фитопланктон специального промышленного водоема В-17 ПО "Маяк"
Водоем В-17 представляет собой искусственный водоем, расположенный в естественной впадине рельефа. Начало сбросов радиоактивных отходов в Старое болото...
-
Негативні наслідки антропогенного забруднення грунтів проявляються як на регіональному, так і на глобальному рівнях. Тому розроблення програм...
-
Методы биоиндикации, Оценка значимости воздействий - Понятие и сущность биоиндикации
Оценка значимости воздействий В соответствии с природоохранительным законодательством Российской Федерации, оценка качества окружающей природной среды...
-
Основные методы очистки сточных вод - Рациональное использование водных ресурсов
Методы, применяемые для очистки производственных и бытовых сточных вод, можно разделить на три группы: механические; физико-химические, биологические. В...
-
Очистка сточных вод методом флотации - Методы очистки воды
Под флотацией (от французского flotter -- плавать) понимают расщепление твердых микрочастиц с разной смачиваемостью. Это несмачиваемые водой...
-
Биологические методы оценки. Биотестирование - Понятие и сущность биоиндикации
Оценка степени загрязнения может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки - это...
-
Методы расчета нормативов образования отходов - Отходы промышленные и бытовые
В проекте нормативов образования отходов и лимитов на их размещения (ПНООЛР) приводятся обоснования годовых нормативов образования конкретных видов...
-
Масс-спектрометрия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ) -- метод, исследования вещества...
-
Удаление нефти с помощью химических соединений - детергентов - нашло применение при разливах нефти на море. К детергентам относятся растворители и ПАВ,...
-
Метод правового регулювання екологічних відносин
Вступ Під методом правового регулювання суспільних відносин взагалі розуміють сукупність способів та прийомів, за допомогою яких право впливає на...
-
МЕТОД ВЛАЖНОГО И СВЕРХВЛАЖНОГО ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ - Экология нефтегазодобывающих комплексов
Сущность метода влажного горения заключается в том, что закачиваемая с воздухом в определенных количествах вода, испаряясь на фронте горения, переносит...
-
Вывод: - Методы управления отходами горного производства
Горное производство является существенными источником нарушения и загрязнения всех элементов биосферы. При добыче и переработки полезных ископаемых...
-
В последние десятилетия в Европе уделяется большое внимание проблемам, связанным с образованием и утилизацией отходов, в частности твердых бытовых и...
-
Описание расчетной модели При расчете приземных концентраций и оценке доз облучения в нормальном режиме эксплуатации ОПД АС ММ выбросы при работе...
-
Объект и методы исследования Объект исследования. Систематика:CORMOPHYTA - Высшие растения Отдел: Maqnoliophyta (Anthophyta) - Цветковые или...
-
Основные методы очистки сточных вод - Проблемы загрязнения водоснабжения
Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод...
-
Екологічні проблеми та аналіз якості питної води в Україні Вода характеризується складом та властивостями, котрі визначають її придатність для конкретних...
-
Биологический метод - Рациональное использование водных ресурсов
Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и...
-
Біологічний метод - Водні ресурси і їх використання
Серед методів очищення стічних вод більшу роль повинен зіграти біологічний метод, заснований на використанні закономірностей біохімічного й...
-
Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистка промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в...
Аналіз математичних моделей екосистеми та методів прогнозування процесів в ній - Екосистема як об'єкт моделювання та прогнозування