VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

На качество воды водоемов, расположенных в городской черте воздействует многообразие факторов. Вопросу определения экологического ущерба водным ресурсам от действия загрязненных промышленных и ливневых стоков посвящены многочисленные исследования [1, 2].

Вопрос об определении ущерба водоемам от воздействия на них загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосфере исследован весьма ограничено, вероятно, предполагая о незначительной доле этого влияния по сравнению с воздействием загрязненных сточных вод. Однако, по данным [3, 4] и нашим исследованиям [5] до 20% выброшенных в атмосферу ЗВ попадают во внутригородские водоемы, поэтому знание уровня снижения качества воды весьма актуально и явится значимой информацией для принятия мер по ее повышению.

Для прогнозной оценки степени воздействия выбросов ЗВ в атмосферный воздух на водную поверхность в городской среде необходима разработка математической модели, описывающей степень влияния изменения приводной концентрации ЗВ на изменения ущерба окружающей среде.

Для разработки математической модели необходимо:

- определить доминирующие входные и выходные параметры системы «атмосферный воздух – подстилающая поверхность городской среды»;

- установить граничные условия зоны исследований процессов;

- идентифицировать модель путем определения числовых значений коэффициентов, входящих в математическую модель;

- проверить адекватность модели исследуемому объекту путем использования статистических данных мониторинга окружающей среды, выполнения натурного или численного эксперимента.

За целевую функцию следует принять функциональную зависимость суммы предотвращенных экологических ущербов водным ресурсам от затрат и реализуемых мер по снижению негативного воздействия источников промышленных и автотранспортных выбросов в атмосферу вблизи водоема , то есть:

= f (). (1)

Одним из основополагающих условий сопоставления затрат и получаемого эффекта должно быть обеспечено неравенство:

> . (2)

Приняв за потребительскую стоимость водных ресурсов водоема соответствие его параметров в использовании воды на технологические нужды предприятий, на его рыбохозяйственное или рекреационное значение, эта обобщенная целевая функция определит граничные условия и требуемые параметры водоема с учетом процессов его биологического самоочищения.

Из ряда существующих зависимостей определения предотвращенного ущерба за счет улучшения качества воды для различного ее использования приемлемой может быть зависимость определения общего ущерба :

, (3)

где - показатель удельного ущерба водным ресурсам, наносимого единицей приведенной массы ЗВ за расчетный период времени в определенном регионе страны, р/усл.т.; - приведенная масса ЗВ, предотвращенная к поступлению в водоем за счет принятия мер по снижению или полному исключению поступления в воду, усл.т.; - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водного объекта в бассейнах основных рек региона, его значение изменяется в пределах = 1,0…1,3.

Приведенная масса ЗВ равна:

, (4)

где К_i – коэффициент относительной эколого-экономической опасности, примерно равный К_i = 1 / ПДК_i загрязняющего вещества.

Несмотря на относительную простоту определения предотвращенного ущерба, зависимость (3) не учитывает характерные особенности водоема, поскольку в одном и том же регионе экологические параметры водоемов могут существенно различаться. Кроме этого, имеются водоемы мало проточные, непроточные и эти особенности должны быть также учтены.

Текущие изменения экологического ущерба и соответствующие ему затраты удобнее представлять в относительном виде к базовым показателям. В качестве базовых значений предотвращенного ущерба У_О и затрат З_О на предотвращение ущерба можно принять такую величину У_О, при которой показатели качества воды в водоеме достигают нормативных значений, и величину затрат З_О такую, при которой возможна реализация достижения У_О.

Из опытных данных следует, что зависимость эффективности мер по защите окружающей среды, равно как и значения ущерба от вложенных средств, имеет вид:

, (5)

где а и n – постоянные коэффициенты. На рисунке 1 приведен график зависимости эффективности снижения приземной концентрации ЗВ для промышленной зоны с высокой плотностью источников загрязнения атмосферы и с рассредоточенными источниками от относительных затрат З_i/З_О.

Такая экономико-математическая модель свидетельствует, что при различии в нагрузке на окружающую среду зависимость эффективности устранения негативного воздействия носит примерно сопоставимый характер. Данную функциональную зависимость в обобщенных координатах можно использовать для прогнозных оценок реализации достижения планируемого качества водоема.

Рис. 1. График зависимости эффективности мер охраны атмосферного воздуха η (предотвращенного ущерба) от объема затрат З/З_О: 1 – регион с плотным расположением выбросов, 2 – регион с рассредоточенными источниками выбросов, 3 – осредненные значения параметров

Функциональная зависимость показателя эффективности мер по защите окружающей среды города (равно как и показателя предотвращенного экологического ущерба) от величины вложенных средств для регионов с плотным и рассредоточенным размещением источников загрязнения атмосферы, приведенная на рис. 1, соответствует логике протекания указанных выше двух режимов до предельных параметров У_i = У_Ои З_j = З_О.

С учетом изложенного функциональная связь предотвращенного экологического ущерба от мер на его достижение для каждого вида ЗВ предлагается при обозначении у=У_i/У_О и х = З_j / З_О в виде:

. (6)

Таким образом, предложена методика прогнозирования предотвращенного экологического ущерба ресурсам водоема при охране атмосферного воздуха, позволяющая в отличие от известных учитывать характерные особенности водоема региона, где расположен водоем, плотность размещения выбросов и прогнозировать параметры водоема и требуемый уровень изменения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Получена новая зависимость, устанавливающая функциональную связь предотвращенного экологического ущерба от мер на его достижение для различных атмосферных загрязняющих веществ и режимов состояния качества водоема.

Список литературы

1. Воронежское водохранилище: Комплексное изучение, использование и охрана. Воронеж: ВГУ, 1986. – 188 с.

2. Воропаев, Г.В. Водохранилища и их воздействие на окружающую среду / Г.В. Воропаев, А.Б. Авакян. - М.: Наука, 1986. – 359 с.

3. Аксенова, Е.И. Экологическое моделирование процессов, протекающих в загрязненных водоемах / Е.И. Аксенова // Экология. АН СССР, 1978. - №3. – С.41-44.

4. Беличенко, Ю.П. Проблемы охраны водных ресурсов / Ю.П. Беличенко, И.П. Лаптев // Томск: Томский ун-т, 1978. – 134с.

5. Полосин, И.И. Экологическая безопасность внутригородских водоемов (на примере Воронежского водохранилища) / И.И. Полосин, А.И. Скрыпник, С.А. Жуков, В.А. Крайников // Воронеж: ВГАСУ, 2005. – 100 с.

Код для цитирования: Скопировать