Введение 4
Глава 1 Теоретический анализ существующей системы экологического мониторинга качества атмосферного воздуха 10
1.1 Экологический мониторинг и анализ нормативно-правовой базы для
возможности его использование 10
1.2 Проблемы формирования перечня ЗВ в выбросах в атмосферный воздух,
подлежащих определению и контролю 16
1.3 Анализ качества атмосферного воздуха на территории РФ 19
Глава 2 Анализ существующих математических моделей, используемых для описания пространственного распределения загрязнителей атмосферного воздуха (промышленных выбросов и выбросов автотранспорта) 30
2.1 Сравнительный анализ математических моделей 30
2.2 Анализ необходимых входных критериев для расчета (идентификации
моделей) 36
2.3 Обоснование выбора предикторов для расчета 39
2.4 Анализ экспериментальных данных на территории городского округа
Тольятти 46
Глава 3 Разработка прогностической модели для оценки качества атмосферного воздуха от выбросов автотранспорта и промышленных предприятий для г.о. Тольятти 49
3.1 Регрессионный анализ модели рассеивания оксидов азота в атмосферном
воздухе 53
3.2 Регрессионный анализ модели рассеивания диоксида серы в
атмосферном воздухе 57
3.3 Регрессионный анализ модели рассеивания оксида углерода в
атмосферном воздухе 61
3.4 Регрессионный анализ модели рассеивания взвешенных веществ в
атмосферном воздухе 64
3.5 Анализ расчетных данных 68
Глава 4 Предложения по оптимизации системы автоматизированного мониторинга качества атмосферного воздуха на автотранспортных
магистралях г.о. Тольятти 83
Заключение 93
Список используемой литературы и используемых источников 95
В последние годы в связи с ростом промышленности и автотранспорта не обеспечиваются показатели качества атмосферного воздуха на селитебных территориях. В рамках среднего промышленного города может существовать до миллиона источников выбросов вредных веществ, многие из них даже не нормируются. Вредные вещества попадают в атмосферный воздух, воду, почву, а затем в живые организмы, в том числе и воздействуют на организм человека.
Для прогнозирования состояния окружающей среды на селитебных территориях и повышения качества атмосферного воздуха, а также снижения рисков распространения загрязняющих веществ необходимо сформировать новый подход к прогностической модели и, как следствие, к проведению экологического мониторинга, представляющий собой совокупность организационных структур, методов, способов и приемов наблюдения за состоянием окружающей среды.
В настоящее время в современном мире образуется огромное количество источников выбросов и непрерывно пополняется перечень загрязняющих веществ, что в свою очередь затрудняет проведение экологического мониторинга, ставит под сомнение в целом его результаты, и доставляет определенные сложности формирования цифровой модели экологического мониторинга.
Основными недостатками текущей ситуации являются:
• существенный дефицит данных о качестве атмосферного воздуха, невысокий уровень автоматизации и оперативности их сбора и обработки:
• сеть Росгидромета, являющаяся основным элементом национальной сети мониторинга, с 612 постами наблюдения в 221 городах покрывает лишь 33% от минимального норматива Минприроды, определенного в №524-пр от 30.07.2020. Отметим, что данные нормативы с советского времени заметно не менялись, несмотря, например, на 5- кратный рост автопарка в стране;
• уровень автоматизации измерений на сети Росгидромета остается низким, доминирует ручной отбор проб 3-4 раза в сутки. Данные на практике часто формируются только на следующий день;
• региональные сети автоматического мониторинга за исключением ряда отдельных крупнейших городов не получили широкого распространения как по причине дороговизны традиционных решений, так и необходимости существенных вложений в развитие материально-технической базы для эксплуатации оборудования и специализированной подготовки персонала;
• разрозненность и закрытость данных - даже те данные, которые сейчас собираются, хранятся, анализируются и используются каждым из участников автономно. Это приводит на практике к фрагментарности взглядов, трактовок, выводов;
• разрыв между расчетным и инструментальным мониторингом - после разработки сводных томов ПДВ города, не имея соответствующих сетей мониторинга, не могут извлечь значимую практическую пользу для оперативного управления экологической безопасностью и улучшения окружающей среды;
• недостатки, указанные выше формируют значимую социальную проблему - недоверие населения к органам власти. В наиболее неблагополучных городах люди вынуждено создают «народные» сети мониторинга на любительском оборудовании, что приводит к еще большему разобщению власти и населения из-за разницы в данных и их интерпретации.
Проблему можно решить, используя при формировании цифровой модели экологического мониторинга соответствующий математический аппарат или соответствующие математические модели, которые, в настоящее время, разработаны, но использование их в тех или иных задачах необходимо обосновывать исходя из требований к территории , к экономическим условиям развития территории и так далее, поэтому в настоящем исследовании будет рассмотрена проблема определение распространения загрязняющих веществ от передвижных источников основных автомагистралей города при использовании современного математического аппарата модели, при котором данную модель можно эффективно использовать для прогнозирования распространение приземных концентраций загрязняющих веществ на селитебную территорию.
...
На основе анализа природоохранного и ресурсного законодательства можно сделать вывод, что требования к перечню загрязняющих веществ и их контролю осложняется некими противоречиями в самой нормативно-правовой базе, тем не менее качество атмосферного воздуха остается основной приоритетной задачей политики правительства в области охраны окружающей среды и здоровье населения.
Анализ существующей системы экологического мониторинга на территории города Тольятти определил перечень загрязняющих веществ и в целом количественный и качественный их состав, отсутствие определенной системности в определение постов наблюдения и их отсутствие в принципе в местах автомагистралей на жилых зонах территории города Тольятти. Не определено отдельное внимание по отношению к передвижным источникам, поэтому в исследовании определен перечень приоритетных загрязняющих веществ от передвижных источников автомагистралей селитебных территорий вблизи жилых застроек и физические факторы, которые способствуют их распространению.
Проведен анализ существующих моделей по распространению загрязняющих веществ и возможного их использования для формирования прогностической модели с целью оценки качества атмосферного воздуха оценки загрязнения от передвижных источников выбросов, метеорологических и физических факторов.
Обоснован выбор регрессионного анализа для формирования прогностической модели загрязнение атмосферного воздуха от передвижных источников автомагистралей жилых территорий , а также обоснован выбор предикторов, которые будут входить в данную прогностическую модель и определена территория для формирования непосредственно прогностической модели.
Составлена прогностическая модель с учетом предикторов от передвижных источников на основе экспериментальных данных лаборатории НАЦ «Физико-химических и экологических исследований» за последние три года.
При использовании математической прогностической модели составлены примеры зависимостей распространения загрязняющих веществ на жилую территорию. Согласно представленным зависимостям, продемонстрировали, что полученные закономерности отображают основные закономерности процесса турбулентной диффузии и могут быть использованы в указанных интервалах факторов.
В дальнейшем данные математическую модель можно использовать для прогноза без проведения инструментальных исследований, математическая модель проверена на адекватность согласно следующей гипотезе: линейная модель по параметрам удовлетворительно описывает экспериментальные данные (критерий Фишера).
Предложено внедрение дополнительных мобильных постов контроля качества атмосферного воздуха в существующую систему автоматизированного экологического мониторинга.
1. Антропов К.М., Казмер Ю.И., Вараксин А.Н. Описание пространственного распределения загрязнения атмосферного воздуха промышленного центра методом Land Use Regression (обзор). Екатеринбург 2012 г.
2. Антропов К.М. Математические модели загрязнения атмосферного воздуха мегаполиса и промышленного центра выбросами автотранспорта и промышленных предприятий. Автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата физико-математических наук. Екатеринбург, 2012 г.
3. Голованов А.А. Комплексное определение состава атмосферного воздуха в городском округе Тольятти (Исследования атмосферного воздуха с целью выявления и идентификации специфических загрязнителей в атмосферном воздухе с использованием методов термодесорбционной хромато-масс-спектрометрии и других методов физико-химического анализа). Отчет о научно-исследовательской работе (итоговый). Тольятти 2020 г. 183 с.
4. Иванова Ю.П., Надер Б.Ю., Мишаков В.А., Шаповалова Ю.А., Иванова О.О., Азаров В.Н. Влияние метеорологических условий на рассеивание вредных выбросов в городской среде. Инженерный вестник Дона. №1 2020 г.
5. Кравцова М.В. Моделирование технических и природных систем: учеб-методич. Пособие. Тольятти: изд-во, 2016 - 310 с.
6. Невмержицкий Н.В. Методика оценки и прогнозирования экстремального загрязнения воздуха на автомагистралях мелкодисперсными взвешенными частицами PM10 и PM2.5. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2016 г.
7. Пепина Л.А., Созонтова А.Н. Загрязнение атмосферного воздуха автомобильно-дорожным комплексом. Обзорная статья в журнале ALFABUILD, 2017 г., стр. 99-110
8. Холодное В.А., Решетиловский В.П., Лебедева М.Ю., Боровинская Е.С. Системный анализ и принятие решений. Компьютерное моделирование и оптимизация объектов химической технологии в mathcad и excel. [Текст]: учебное пособие / В.А.Холоднов, В. П. Решетиловский, М.Ю.Лебедева, Е. С. Боровинская. СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007.-425 с.
9. Гауссовские модели распространения загрязнений в атмосфере.
[Электронный ресурс] URL:
https://studref.com/667428/ekologiya/gaussovskie_modeli_rasprostraneniya_zagry azneniy_atmosfere (дата обращения 12.01.2023).
10. Загрязнение воздуха автомобилями [Электронный ресурс] URL: https://ecologanna.ru/ekologicheskie-problemy/zagryaznenie-vozduha- avtomobilyami (дата обращения 12.01.2023).
11. Загрязнение воздуха. [Электронный ресурс] URL:
https: //www.tadviser.ru/index.php/Статья: Загрязнение_воздуха (дата обращения 12.01.2023).
12. Качество воздуха в России. Индекс качества воздуха (AQI) и загрязнение атмосферы PM2.5 в России. [Электронный ресурс] URL: https://www.iqair.com/ru/russia (дата обращения 12.01.2023).
13. Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях от 30.12.2001 N 195-ФЗ (ред. от 28.04.2023). [Электронный ресурс] URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34661/ (дата обращения 12.01.2023).
14. Математические модели распространения примесей в воздухе от
точечных источников. [Электронный ресурс] URL:
https://present5.com/matematicheskie-modeli-rasprostraneniya-primesej-v- vozduxe-ot/ (дата обращения 12.01.2023).
15. Общие представления о моделировании загрязнения атмосферы.
[Электронный ресурс] URL:
https://studme.org/135921/ekologiya/obschie_predstavleniya_modelirovanii_zagry azneniya_atmosfery (дата обращения 12.01.2023).
... всего 31 источник