МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ И ПОЧВЫ. МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Для загрязнения водной среды и особенно почвы еще не существует достаточно простых моделей, широко применяемых для практических расчетов. Так распространение примесей в водной среде можно описать теми же уравнениями уравнение турбулентной диффузии, которые применяются для атмосферы, но вследствие сложности учета водного течения и других факторов они плохо пригодны для практического использования.

Рассмотрим моделирование загрязнения водной среды на примере двух взаимодействующих групп: вода, содержащая растворенный кислород, и сбрасываемые в воду органические отходы. Разложение органических отходов в водной среде происходит под действием бактерий, вызывающих цепь химических реакций, которые протекают с использованием кислорода.

Важный практический вопрос заключается в следующем: какое максимальное обеднение воды кислородом может наблюдаться в данном месте реки или водоема в результате сброса в них органических отходов? Дело в том, что если концентрация кислорода падает ниже некоторого критического уровня, начинают гибнуть организмы (рыбы, ракообразные и др.), обитающие в водной среде. Таким образом, может инициироваться цепочка событий, которая способна привести к необратимым последствиям гибели нормальной экологической жизнедеятельности водоема. Необходимо, чтобы удовлетворялся экологический стандарт или экологический критерий безопасности жизнедеятельности водных организмов. Это один из выводов, который можно сделать после применения данной модели к реальным условиям. Кроме того, модель позволяет оптимизировать режимы сброса предприятиями органических отходов в воду.

В результате утечек и аварийных разрывов нефте-, продукто- и конденсатопроводов на поверхность земли и водоемов может попадать достаточно большое количество жидких углеводородных смесей, особую опасность представляют крупномасштабные аварии. В подобных случаях прогноз возможного распространения нефтяного загрязнения и влияние загрязнителей на природную среду, биологические ресурсы и социальную сферу приобретает важное значение.

Процессы миграции и рассеяния углеводородов в грунтах определяются их свойствами и параметрами среды. Жидкие углеводороды, фильтрующиеся с поверхности земли, могут вступать в физико-химическое, химическое и биологическое взаимодействие с системой «почва - вода - воздух». Следствием этих процессов может быть изменение фазового состояния и химического состава углеводородных смесей.

В процессе проникновения жидких углеводородов в почву происходит их сорбция на стенках пор. Количество сорбированного вещества зависит от структуры, состава грунта и его влажности. Чем выше водонасыщенность грунтов, тем ниже их способность сорбировать углеводородные соединения. Под действием химического окисления и биогенного разложения может происходить разрушение нефтепродуктов в почве. Попадая на поверхность земли, жидкие углеводороды начинают просачиваться по порам и трещинам пород зоны аэрации, где преобладает движение в вертикальном направлении. Когда нефтепродукты встречают на своем пути менее проницаемый слой или достигают уровня грунтовых вод, происходит их накопление и растекание в горизонтальном направлении.

В качестве первого приближения к реальному процессу предлагается одномерная модель капиллярно-гравитационного впитывания углеводородов в почву.

После определенных выкладок, с учетом принятых допущений получим нелинейное уравнение для определения нефтенасыщенности. Решения данного уравнения позволяют оценить, насколько быстро происходит проникновение углеводородов в пористую среду и как следствие этого - дать оценку загрязнения почвы и грунтовых вод.

Для осуществления прогнозов возможных изменений окружающей природной среды в любом масштабе (от глобального до локального) необходимо располагать данными, во-первых, о современном состоянии окружающей среды, во-вторых, о планах хозяйственной деятельности на рассматриваемой территории и, в-третьих, представлять, хотя бы приблизительно, как природная среда будет реагировать на планируемую хозяйственную деятельность.

На современном этапе развития экологическое прогнозирование должно осуществляться на всех уровнях (от глобального до локального) постоянно. Для этой цели деятельность по осуществлению прогнозирования должна быть систематизирована примерно следующим образом:

1. Разработка адекватных математических моделей, отражающих изменения, происходящие в природной среде под воздействием хозяйственной деятельности.

2. Своевременное обеспечение подсистемы моделирования качественной информацией о состоянии природной среды и параметрах функционирования техносферы (

3. Согласованная работа подсистем регионального, государственного и глобального экологического прогнозирования, включающая в себя ретроспективный анализ существующих прогнозов с целью корректировки математических моделей, на основе которых они были выполнены.

Опыт прогнозов в различных областях общественной жизни, науки и техники позволил выявить ряд методов, которые могут эффективно применяться для прогнозирования развития экологической ситуации. Поскольку узловым этапом является построение модели прогноза, известные методы прогнозирования удобно классифицировать, разделив их на три группы:

1. Эвристические.

2. Прогнозных моделей.

3. Статистические.

Следует заметить, что большинство методов, ориентированных на прогнозирование экологических ситуаций, требует в той или иной степени учета фактора старения используемой информации.

Литература: 1, 3, 10, 12, 13.

ТЕМА 9. Эколого-геофизический мониторинг окружающей среды.

Понятие и принципы организации эколого-геофизического мониторинга. Принципы организации эколого-геофизического мониторинга. Наблюдательная сеть и техническое оснащение. Методы сбора, анализа, обработки и представления данных.

Краткий конспект лекций

Лекция №12.