Использование математических моделей для оценки выноса загрязняющих веществ
|
СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Физико-географическая характеристика района 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Геологическое строение и рельеф 6
1.3 Растительный покров 9
1.4 Климатическая характеристика 10
1.5 Гидрографическая характеристика 13
1.6 Гидрологический режим 15
2 Современные проблемы Балтийского моря и пути их решения 16
3 Гидрологическая модель HYPE 20
3.1 Настройка модели 21
3.2 Исходные данные 22
3.3 Процессы на поверхности земли 23
3.3.1 Температура 23
3.3.2 Осадки 24
3.3.3 Расчет жидких осадков и снегопадов 24
3.3.4 Испарение 25
3.3.5 Атмосферное осаждение 28
3.3.5.1. Влажное осаждение 28
3.3.5.2. Атмосферное осаждение на почву 28
3.3.5.3. Атмосферное осаждения на реки и озера 28
3.4 Почвенные процессы 29
3.4.1 Моделирование устройства почвы 29
3.4.2 Рассчитываемые переменные 30
3.5 Процессы в снежном покрове 31
3.5.1 Снеготаяние 31
3.5.2 Снежный покров 31
3.5.3 Температуры почвы и высота снежного покрова 33
3.6 Почвенная влага 33
3.6.1 Сток грунтовых вод 33
3.6.2 Инфильтрация 34
3.7 Реки 34
3.7.1 Основные понятия 34
3.7.2 Речные процессы 35
3.7.3 Притоки реки 37
3.7.4 Основная река 37
3.8 Биогенные вещества в наземных процессах 37
3.8.1 Источники биогенных веществ 39
3.8.2 Растительность и процессы на поверхности почвы 40
3.9 Азотно-фосфорные процессы в водоемы 42
3.9.1 Денитрификация 43
3.9.2 Первичная выработка и минерализация 43
3.9.3 Седиментация 44
4 Модель Fyris 46
4.1 Данные временных рядов 47
4.2 Данные о землепользовании в суббасейнах 49
4.3 Данные потока 50
4.4 Атмосферное осаждение 50
4.5 Второстепенные точечные источники 50
5 Модель ИНОЗ РАН 52
6 Расчет биогенной нагрузки 63
6.1 Исходные данные 63
6.2 Калибровка модели 66
6.3 Расчет нагрузки реки Селезневка 68
6.4 Применение модели на реках Черная и Гороховка 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Физико-географическая характеристика района 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Геологическое строение и рельеф 6
1.3 Растительный покров 9
1.4 Климатическая характеристика 10
1.5 Гидрографическая характеристика 13
1.6 Гидрологический режим 15
2 Современные проблемы Балтийского моря и пути их решения 16
3 Гидрологическая модель HYPE 20
3.1 Настройка модели 21
3.2 Исходные данные 22
3.3 Процессы на поверхности земли 23
3.3.1 Температура 23
3.3.2 Осадки 24
3.3.3 Расчет жидких осадков и снегопадов 24
3.3.4 Испарение 25
3.3.5 Атмосферное осаждение 28
3.3.5.1. Влажное осаждение 28
3.3.5.2. Атмосферное осаждение на почву 28
3.3.5.3. Атмосферное осаждения на реки и озера 28
3.4 Почвенные процессы 29
3.4.1 Моделирование устройства почвы 29
3.4.2 Рассчитываемые переменные 30
3.5 Процессы в снежном покрове 31
3.5.1 Снеготаяние 31
3.5.2 Снежный покров 31
3.5.3 Температуры почвы и высота снежного покрова 33
3.6 Почвенная влага 33
3.6.1 Сток грунтовых вод 33
3.6.2 Инфильтрация 34
3.7 Реки 34
3.7.1 Основные понятия 34
3.7.2 Речные процессы 35
3.7.3 Притоки реки 37
3.7.4 Основная река 37
3.8 Биогенные вещества в наземных процессах 37
3.8.1 Источники биогенных веществ 39
3.8.2 Растительность и процессы на поверхности почвы 40
3.9 Азотно-фосфорные процессы в водоемы 42
3.9.1 Денитрификация 43
3.9.2 Первичная выработка и минерализация 43
3.9.3 Седиментация 44
4 Модель Fyris 46
4.1 Данные временных рядов 47
4.2 Данные о землепользовании в суббасейнах 49
4.3 Данные потока 50
4.4 Атмосферное осаждение 50
4.5 Второстепенные точечные источники 50
5 Модель ИНОЗ РАН 52
6 Расчет биогенной нагрузки 63
6.1 Исходные данные 63
6.2 Калибровка модели 66
6.3 Расчет нагрузки реки Селезневка 68
6.4 Применение модели на реках Черная и Гороховка 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 82
Эксплуатация водных ресурсов неизбежно сказывается на состоянии всех водных объектов. Сохранить первозданное экологическое состояние морей, рек и озер можно только с помощью рационального подхода к использованию их ресурсов. Балтийское море - не исключение в этом вопросе.
Бездумная эксплуатация природных ресурсов Балтики в прошлом привела к трагическим изменениям в жизни множества морских и прибрежных экосистем. Их последствия мы наблюдаем до сих пор. Самой главной проблемой остается эвтрофикация Балтийского моря из-за чрезмерного поступления разнообразных органических веществ.
Сегодня страны, имеющие выход к Балтийскому морю, создают множество совместных программ, призванных не допустить развития опасных ситуаций, предотвратить возникновение новых и минимизировать последствия уже случившихся бедствий. Одним из таких проектов стала Хельсинкская конвенция, подписанты которой обязуются уделять особое внимание состоянию балтийских экосистем.
Целью этой работы стала оценка эффективности расчетов биогенного загрязнения, попадающего в Балтийское море вместо с речным стоком с материковой части Российской Федерации. Были изучены программы, рекомендованные HELCOM, а именно модели HYPE и FyrisNP. С помощью этих моделей была рассчитана биогенная нагрузки со стороны реки Селезневка, а также со стороны нескольких малых рек Ленинградской области.
Исходными данными послужили расходы воды на исследуемых реках, значения непосредственного мониторинга за концентрациями органических веществ в реках, а также характеристики подстилающей поверхности исследуемых водосборов.
Бездумная эксплуатация природных ресурсов Балтики в прошлом привела к трагическим изменениям в жизни множества морских и прибрежных экосистем. Их последствия мы наблюдаем до сих пор. Самой главной проблемой остается эвтрофикация Балтийского моря из-за чрезмерного поступления разнообразных органических веществ.
Сегодня страны, имеющие выход к Балтийскому морю, создают множество совместных программ, призванных не допустить развития опасных ситуаций, предотвратить возникновение новых и минимизировать последствия уже случившихся бедствий. Одним из таких проектов стала Хельсинкская конвенция, подписанты которой обязуются уделять особое внимание состоянию балтийских экосистем.
Целью этой работы стала оценка эффективности расчетов биогенного загрязнения, попадающего в Балтийское море вместо с речным стоком с материковой части Российской Федерации. Были изучены программы, рекомендованные HELCOM, а именно модели HYPE и FyrisNP. С помощью этих моделей была рассчитана биогенная нагрузки со стороны реки Селезневка, а также со стороны нескольких малых рек Ленинградской области.
Исходными данными послужили расходы воды на исследуемых реках, значения непосредственного мониторинга за концентрациями органических веществ в реках, а также характеристики подстилающей поверхности исследуемых водосборов.
Своевременная точная оценка состояния вод Балтийского моря и Финского залива, организация необходимых мероприятий в сфере охраны окружающей среды, оценка эффективности уже применяемых решений требует предоставления точных и надежных сведений о стоке загрязняющих веществ в Балтику с территории Российской Федерации. В рамках ХЕЛКОМ Россия обязана предоставлять эту информацию в положенный срок и в достаточном объеме.
Однако, далеко не на всех реках страны организованы регулярные гидрологические и гидрохимические наблюдения. Единственный способ получить необходимую информацию по рекам в неосвещенных районах - математическое моделирование.
Моделирование биогенных наносов, в идеальных условиях, должно начинаться с гидрологического моделирования, ведь расход биогенных наносов напрямую связан с расходом воды. Математические модели, описывающие формирование речного стока, позволяют определить значения стока воды и его изменение в пространстве и времени без проведения непосредственных наблюдений, что очень полезно в ситуации, когда объектом исследования становится река в малоизученном или труднодоступном районе.
Непосредственные наблюдения, проводимые на реках, часто не дают полного представления о ситуации на всем водосборе. Зачастую точки мониторинга расположены не в замыкающем створе водосбора, куда попадает весь биогенный сток, а в точке, приуроченной к какому-нибудь инфраструктурному сооружению (мосту, дороге и т.д.). Подобное расположение не даст исследованию охватить весь водосбор водного объекта. Математическая модель же сможет провести расчеты для любого бассейна и подбассейна в любом створе.
Основной задачей выпускной квалификационной работы стало изучение моделей, рекомендуемых ХЕЛКОМ.
Были изучены три модели: модель Hype, призванная рассчитывать гидрологические характеристики исследуемых объектов, модель FyrisNP, предназначенная для расчетов биогенного стока и отечественна модель ИНОЗ РАН, позволяющая определять вынос растворенных химических веществ с водосбора.
В качестве основного объекта исследования была выбрана река Селез- невка, впадающая в Выборгский залив. На реке Селезневке проводится регулярный мониторинг, который позволит сравнить результаты работы математической модели с натурными данными. После тестирования модели были также проведены исследования на малых реках Ленинградской области, а именно на реках Черная и Гороховка.
Непосредственное тестирование, по техническим причинам, прошла только модель FyrisNP. Была проведена параметризация модели, калибровка и расчет.
Моделирование продемонстрировало достойные результаты. Улучшить их позволит дальнейшая проработка модели и удлинение ряда измеренных концентраций.
Полученные результаты демонстрируют общность своих тенденций с результатами непосредственных наблюдений, что допускает применение этих моделей при формировании ежегодных отчетов ХЕЛКОМ при условии наличия более точной информации о сторонних источниках биогенного загрязнения.
Однако, далеко не на всех реках страны организованы регулярные гидрологические и гидрохимические наблюдения. Единственный способ получить необходимую информацию по рекам в неосвещенных районах - математическое моделирование.
Моделирование биогенных наносов, в идеальных условиях, должно начинаться с гидрологического моделирования, ведь расход биогенных наносов напрямую связан с расходом воды. Математические модели, описывающие формирование речного стока, позволяют определить значения стока воды и его изменение в пространстве и времени без проведения непосредственных наблюдений, что очень полезно в ситуации, когда объектом исследования становится река в малоизученном или труднодоступном районе.
Непосредственные наблюдения, проводимые на реках, часто не дают полного представления о ситуации на всем водосборе. Зачастую точки мониторинга расположены не в замыкающем створе водосбора, куда попадает весь биогенный сток, а в точке, приуроченной к какому-нибудь инфраструктурному сооружению (мосту, дороге и т.д.). Подобное расположение не даст исследованию охватить весь водосбор водного объекта. Математическая модель же сможет провести расчеты для любого бассейна и подбассейна в любом створе.
Основной задачей выпускной квалификационной работы стало изучение моделей, рекомендуемых ХЕЛКОМ.
Были изучены три модели: модель Hype, призванная рассчитывать гидрологические характеристики исследуемых объектов, модель FyrisNP, предназначенная для расчетов биогенного стока и отечественна модель ИНОЗ РАН, позволяющая определять вынос растворенных химических веществ с водосбора.
В качестве основного объекта исследования была выбрана река Селез- невка, впадающая в Выборгский залив. На реке Селезневке проводится регулярный мониторинг, который позволит сравнить результаты работы математической модели с натурными данными. После тестирования модели были также проведены исследования на малых реках Ленинградской области, а именно на реках Черная и Гороховка.
Непосредственное тестирование, по техническим причинам, прошла только модель FyrisNP. Была проведена параметризация модели, калибровка и расчет.
Моделирование продемонстрировало достойные результаты. Улучшить их позволит дальнейшая проработка модели и удлинение ряда измеренных концентраций.
Полученные результаты демонстрируют общность своих тенденций с результатами непосредственных наблюдений, что допускает применение этих моделей при формировании ежегодных отчетов ХЕЛКОМ при условии наличия более точной информации о сторонних источниках биогенного загрязнения.
Подобные работы
- Комплексная оценка загрязнения городской среды автомобильным транспортом
Магистерская диссертация, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2019 - РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОГО ПОТОКА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНЕРЦИОННО-ВАКУУМНОГО ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ НА СТЕПЕНЬ УЛАВЛИВАНИЯ ЗОЛЫ
Авторефераты (РГБ), теплоэнергетика и вентиляция . Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2020 - Моделирование очистки смешанных стоков
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 4800 р. Год сдачи: 2019 - Оптимизация технологии производства карбамида в ПАО «ТОАЗ»
Магистерская диссертация, химия. Язык работы: Русский. Цена: 4850 р. Год сдачи: 2021 - Эмпирическая методика определения концентрации несгоревших углеводородов в ОГ ДВС при добавке водорода в бензовоздушную смесь
Магистерская диссертация, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2017