Аннотация

Рассмотрен принцип моделирования уровня загрязнения окружающей среды методом возмущений, что дает возможность количественно оценить степень его влияния

Annotation

The principle of designing of the level of poluttion of environment by the method of stimulation has been considered. It makes high-quality assessment of the level of impact possible

Для прогнозної оцінки забруднення довкілля при відмові магістральних нафтогазопроводів в роботах [1, 2] запропоновані різні методи фізичного та математичного моделювання. В даній статті розглянуто метод збурень, що дає змогу кількісно оцінити ступінь забруднення будь-якого компонента навколишнього середовища.

Як відомо, трубопровіднобудівні комплекси є складними моделями, причому складність полягає в тому, що зв'язків (взаємодій) між елементами набагато більше, ніж потрібно елементів. Однак для моделювання рівня забруднень необхідно створити модель основних взаємодій екологічного та техногенного середовища, що дасть змогу оцінити різні варіанти подальшого розвитку системи, прямий і непрямий їх вплив.

Техногенну дію на навколишнє середовище можна визначити, якщо поділити трубопровіднобудівний комплекс на певні види робіт: підготовчі; пошукові; геодезична розбивка траси; транспортні; земляні, зварювальні, укладальні; баластування (на обводнених ділянках), очищення та випробування.

Це основний перелік робіт, і для кожного конкретного випадку ланцюжок цих взаємозв'язків матиме свої особливості.

Природний блок поділяється на 5 природних компонентів: повітря, вода, ґрунт, флора, фауна. Наведені забруднення можна оцінити за формулою:

(1)

де: С_і - враховувані концентрації речовин; Z_і - гранично допустимі концентрації.

Серед суми враховуваних концентрацій речовин можна виділити найбільш типове або найбільш небезпечне, тобто найхарактерніше забруднення, оцінюване за формулою:

(2)

Оцінювати концентрації шкідливих речовин пропонується як кількісно (наприклад, площа розливу нафти), так і якісно (середній запас лісу на гектарі поряд із просікою, стан мохового покриву тощо).

Створити адекватну систему взаємодії екологічних і техногенних систем можна за допомогою методу збурень, що дає змогу спростити дослідження цієї складної проблеми за рахунок переходу до послідовних наближень. Це відбувається при заміні однієї моделі на іншу, хоч і менш точну, але більш доступну для аналізу.

Пропонується використати метод збурень на системі "трубопровідний транспорт - екологічне середовище".

Для прикладу розглянемо реальну ситуацію, коли є природний об'єкт (комплекс), до деякого часу порушений певним чином антропогенними діями. Його стан розуміємо як набір показників (характеристик), що охоплюють стан системи до виникнення збурень (у даному випадку - забруднень) і після - так званий фон, на якому можна виявити зміну всіх впливів. Стосовно цього можна вести мову про стійкість системи.

Нехай дано деякий статистичний прогноз поведінки складного об'єкта з моменту поточного часу t_н до деякого майбутнього часу t_к та зміна його вхідних і вихідних величин (параметрів стану) за певний попередній період. Необхідно знайти спосіб керування об'єктом для досягнення мети, котра за прогнозом не може бути досягнутою, тобто поліпшити прогнозоване керування на перспективу ( t_н, t_к). Таким прикладом може бути стан водної екосистеми. забруднення довкілля нафтогазопровід збурення

Припустімо, що при експлуатації ділянки трубопроводу через водну перепону виникла аварійна ситуація, і як наслідок - витікання нафти, забруднення водойми, вплив на флору і фауну.

Територія річки, на якій сталася аварія, ділиться на “Х” комірок із врахуванням природних особливостей: приток, рукавів, наявності кількох течій тощо. Кожну комірку можна описати за допомогою моделі

(3)

де: Q - коефіцієнт взаємодії природних ресурсів; R - вектор показників стану, їх якісні та кількісні характеристики; R_* - вектор незбуреного стану, що спостерігався до виникнення збурень; r - інтенсивність розповсюдження забруднень (або інших процесів) залежить від стану у сусідніх комірках, що є зовнішніми відносно даної комірки; w - загальносистемні впливи.

Інтенсивність розповсюдження забруднень можна детально розшифрувати

(4)

i=1, N (N- кількість комірок) ,

де k - сукупність номерів комірок, що межують з даною.

Якщо за своїм характером забруднення розповсюджуються з початком часу, то можна записати

(5)

Коефіцієнт можна зобразити як суму

(6)

де с ⁱ - перенесення;

- дифузія у сусідній комірці (ці процеси найхарактерніші для гідросистеми).

Зазначені процеси у сусідній k - ій комірці

. (7)

Коефіцієнти та визначаються за формулами

(8)

(9)

де: Р_i - об'єм води, що витікає через дану комірку за одиницю часу; Р_ki - об'єм води, що перетекла до даної комірки з k - ої комірки. Якщо взяти коефіцієнти та за умовою, що дифузія між сусідніми комірками буде одновимірною, то вирази коефіцієнтів матимуть такий вигляд:

(10)

де: у_i - значення функції всередині комірки, що описує одновимірну дифузію; - функції незалежних змінних; а - довжина і - ої комірки.

Таким чином, яку б частину екосистеми не взяти як елементарну, що характеризується групою показників однієї природи чи навіть єдиним показником, в описі братиме участь вся система загалом.

Тому для елементарних процесів можна виокремити всередині системи внутрішній процес

(11)

Окремий випадок (перенесення і дифузія для гідросистеми) буде описаний таким чином:

1) перенесення

(12)

2) дифузія

(13)

Отже, на підставі моделей можна встановити кількісні показники забруднень практично у будь-якому елементі екосистеми. Для цього достатньо знати кількісні характеристики системи до збурень та відхилення системи після впливів. Точність визначення залежить від тривалості часу та величини забрудненого об'єму.

Література

1. Семчук Я.М., Говдяк Р.М. Дослідження особливостей формування нафтового забруднення зони аерації на фізичній моделі // Державний міжвідомчий науково-технічний збірник : Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Буріння нафтових і газових свердловин. Випуск 38 (том 2).- Івано-Франківськ.- 2001 - С. 176 -184.

2. Семчук Я.М., Говдяк Р.М. Математична модель витоку газу при розриві магістрального нафтопроводу на певний переріз // Збірник наукових праць: Матеріали науково-практичної конференції “ Нафта і газ України - 2000”. - Т.З. - Івано-Франківськ. - 1998.

Размещено на Allbest.ru