авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Донная информационно-измерительная система определения способности водоёмов к самоочищению

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Толокнова Анна Николаевна

ДОННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПОСОБНОСТИ ВОДОЁМОВ К САМООЧИЩЕНИЮ

Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и

управляющие системы (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Самара - 2007

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук профессор

Куликовский Константин Лонгинович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Орлов Сергей Павлович,

ОАО Институт «Средволгагипроводхоз»,

г.Самара

кандидат технических наук

Рубцов Михаил Геннадьевич, ООО Научно-

производственный центр «ПАЛС», г.Самара

Ведущая организация: Отдел водных ресурсов по Самарской области Нижне-Волжского бассейнового водного управления (г. Самара)

Защита диссертации состоится «14» ноября 2007 г. в 9.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская, 141, корпус 6, ауд. 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, 18.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 443100 г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, СамГТУ, главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета

Д 212.217.03; факс: (846) 278-44-00, e-mail: d21221703@list.ru

Автореферат разослан «12» октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.217.03 Губанов Н.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕТИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы

В ситуации постоянного вредного воздействия человека на окружающую среду наибольшую тревогу вызывает экологическое состояние так называемых «техногенных» водоёмов, которые находятся в промышленной зоне предприятий и на близлежащих территориях, и прямо (утилизация отходов, сброс сточных вод) или косвенно (аварии, утечки, прорывы трубопроводов) подвергаются интенсивному загрязнению данными предприятиями в течение длительного времени.

Предприятиям необходима оценка экологического состояния «техногенных» водоёмов, ответственность за которые полностью лежит на предприятиях их загрязняющих. Следуя мировой практике, «техногенные» водоёмы могут быть подвержены рекультивации (уничтожению, захоронению), полной или частичной очистке при отсутствии дальнейшего загрязнения, а также могут быть уменьшены объёмы сбросов или вовсе прекращены. При выборе любого из предложенных способов необходимо оценивать и экологические последствия, и материальные затраты на их реализацию. Например, мероприятия по восстановлению экологического баланса водоёма являются дорогостоящими и длительными. Поэтому необходим поиск компромиссного решения, принятие которого должно основываться, прежде всего, на сведениях об экологическом состоянии самого водоёма и тенденции его изменения, что позволит решить проблему с наименьшим ущербом для природы и с наименьшими затратами средств.





Кроме того, сведения об экологических перспективах водоёма необходимы для формирования в его отношении ценовой политики, которая будет зависеть не только от ставок, установленных федеральными и муниципальными уровнями власти, но и от возможности дальнейшего использования водного объекта в различных целях, что вызвано возможностью передачи водоёма в руки юридического или частного лица на основе товарно-рыночных отношений в связи с принятием 1 января 2007 года нового Водного кодекса РФ.

Решение этой проблемы неразрывно связано с необходимостью перспективного прогнозирования экологического состояния водоёма. Поэтому возникла необходимость преобразования современной системы контроля качества вод в экологический мониторинг, позволяющий оценивать и выявлять тенденции в изменении состояния водоёма. Существующие на сегодня методы оценивания экологического состояния водоёма (определение предельно допустимых концентраций, биомониторинг и т.д.) дают представление лишь о его физико-химическом и биологическом состоянии на данный момент.

Однако известно, что любая водная экосистема способна до некоторого предела противостоять антропогенной нагрузке, используя свою способность самоочищаться. Оценивание способности водоёма к естественному самоочищению делает прогнозирование возможным, т.к. данная способность характеризует динамику всех протекающих в водоёме процессов.

При определении способности водоёма к самоочищению необходимо оценивать способность к самоочищению его донного осадка. Донный осадок, являясь последним звеном в сложной цепи естественной очистки, служит последним рубежом защиты водоёма от негативного воздействия всех поступающих в него загрязнителей. Интенсивность процессов самоочищения в верхнем слое донного осадка отображает интенсивность очистки водоёма в целом.

Однако в настоящее время не существует методов и систем, позволяющих определять способность водоёма к самоочищению на основании распределения окислительно-восстановительного потенциала в его донном осадке.

В связи с этим разработка информационно-измерительной системы, которая позволяет непосредственно в водоёме проводить оценку окислительно-восстановительных процессов, протекающих в донном осадке, и осуществлять анализ способности данного водоёма к самоочищению (СВС), является актуальной задачей, решение которой даёт нам первый опыт в понимании и оценивании перспектив развития экологического состояния того или иного водоёма.

1.2 Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка и исследование методов оценки способности водоёма к самоочищению и создание донной информационно-измерительной системы (ИИС) определения способности водоёма к самоочищению, позволяющей оперативно проводить прогнозное оценивание состояния водных экосистем.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

  1. проведён анализ способности водоёма к самоочищению, негативного влияния на неё загрязнений, антропогенного происхождения, и методов экологического мониторинга водных объектов, расположенных на территории РФ, с целью выявления чувствительного критерия оценки, позволяющего реализовать перспективное прогнозирование состояния «техногенных» водоемов и выработки требований к методу измерения, структуре и конструкции разрабатываемой ИИС;
  2. на основании требований и критериев проведёно исследование методов определения способности экосистемы водного объекта к самоочищению с целью выбора метода, позволяющего реализовать оперативную оценку способности к самоочищению непосредственно в водоёме;
  3. проведён анализ методической погрешности метода Eh-метрии;
  4. разработана модель способности водной экосистемы к самоочищению и на её основе разработана методика определения способности водоема к самоочищению;
  5. синтезирована структура донной ИИС определения способности водоёма к самоочищению, разработаны и исследованы её измерительные каналы, исследованы методические и аппаратурные погрешности измерительной системы;
  6. разработана оригинальная конструкция погружаемого модуля (зонда) донной измерительной системы с применением современных комплектующих вычислительной и измерительной техники.

1.3 Методы исследований

При решении поставленных задач использовались методы теории функционирования водных экосистем, гидробиологического и гидрохимического мониторинга, электроаналитической химии, теории электрических цепей, теории погрешностей результатов измерений, теория автоматического управления. Для подтверждения результатов теоретического анализа использовались методы экспериментального исследования и моделирования.

1.4 Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

  1. Предложена концепция прогнозирования состояния водоёма на основании его способности к естественному самоочищению, которая в отличие от существующих позволяет выявить тенденцию изменения экологического состояния водной среды под действием уже накопившегося уровня загрязнения, используя экстраполяционный подход.
  2. Предложена классификация водных объектов на основании их способности к самоочищению, выявлены критерии кризисного и погибшего водоёма, введено понятие периода самоочищения и на его основании приведена градация водных объектов, что дает возможность построения более точного и обоснованного прогноза.
  3. На основании теоретических и большого объёма экспериментальных натурных исследований разработана модель способности водоёма к самоочищению, позволяющая учитывать основные влияющие на данную способность факторы и дающая возможность оценки протекания процесса естественного очищения.
  4. Проведён анализ методических погрешностей метода Eh-метрии, который позволил предложить некоторые пути их уменьшения, что ранее не проводилось.
  5. На основании предложенной модели способности водоёма к самоочищению разработана методика, позволяющая не только оценивать способности водоёма к естественному самоочищению, но и определять период времени, необходимого для самоочищения.
  6. Предложено конструктивное исполнение погружаемого модуля (зонда) донной информационно-измерительной системы определения способности водоёма к самоочищению, позволяющее реализовать пошаговое заглубление измерительных элементов в слой донного осадка непосредственно в водоёме.
  7. Предложена структура донной ИИС, позволяющей оперативно непосредственно в водоёме прогнозировать состояние водной экосистемы путём определения её способности к естественному самоочищению, проанализированы её аппаратурные погрешности.
    1. Практическая ценность работы
  1. Проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили создать базу для проектирования и разработки донной ИИС, предназначенной для перспективного прогнозирования состояния водоёма на основании его способности к естественному самоочищению, которая будет наиболее полезна предприятиям различной промышленности, использующим расположенные на их или на прилежащих территориях водные объекты с целью утилизации отходов. Также система успешно может применяться на очистных сооружениях и в сельскохозяйственной отрасли.
  2. Разработанная методика, позволяющая классифицировать водные объекты на основании их способности к самоочищению, выявлять водоёмы с кризисной экосистемой и водоёмы с погибшей экосистемой, определять период самоочищения для способных к естественному самоочищению водоёмов, может быть включена в программу экологического мониторинга природных поверхностных вод и применяться различными экологическими службами и природоохранными организациями.

1.6 Основные научные положения, выносимые на защиту

  1. Экстраполяционная концепция перспективного прогнозирования экологического состояния водоёма на основе оценки его способности к естественному самоочищению дает новый виток в направлении развития класса прогнозных ИИС.
  2. Модель способности водоёма к самоочищению, полученная на основании теоретических и экспериментальных натурных исследований, учитывает основные факторы, влияющие на естественное самоочищение водоёма.
  3. Методика определения способности водоёма к самоочищению позволяет классифицировать водные объекты на основании их способности к самоочищению, выявлять водоёмы с кризисной экосистемой и водоёмы с погибший экосистемой, определять период самоочищения для способных к естественному самоочищению водоёмов, состоятельность которой подтверждена результатами экспериментальных данных.
  4. Оригинальная идея конструктивного исполнения погружаемого модуля (зонда) ИИС, которая позволяет реализовать оценку способности к самоочищению непосредственно в водоёме.

1.7 Реализация результатов работы

Методика определения способности водоёма к самоочищению и макет информационно-измерительной системы опробованы и используются на ФГУ «Средволжрыбвод».

1.8 Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

  • международной конференции «Black Sea’2004» (г. Варна, Болгария, 2004г.);
  • Всероссийской научно-технической конференции «Биомедсистемы – 2004» (г. Рязань, 2004г.);
  • международной конференции «Информационно-измерительные и управляющие системы – 2005» (г. Самара, 2005г.);
  • международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006г. и 2007г.);
  • научно-технических семинарах кафедры «Информационно-измерительная техника» Самарского государственного технического университета.

1.9 Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 9 печатных работах: 5 статей и 4 научных доклада, в том числе из перечня, рекомендованного ВАК России - 1.

1.10 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, приложения, перечня используемой литературы. Работа содержит 161 с. машинописного текста, 19 таблицы, 26 иллюстраций, 1с. приложения и 7 с. библиографического списка из 84 наименований.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, определена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведён анализ способности водоёма к самоочищению.

Выявлено негативное влияние антропогенных факторов на способность водоема к самоочищению.

В водоёме постоянно идёт обмен потоками веществ, энергии и информации между поверхностной, пелагической и донной экосистемами, а также водной экосистемой и атмосферой. Загрязнение вследствие антропогенной деятельности приводит к нарушению этих потоков. Состояние водоёма постоянно изменяется: отмечается падение устойчивости его экосистемы вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, биологического загрязнения, эвтрофирования и других неблагоприятных процессов.

Каждый водоём в определенных пределах способен противостоять негативу антропогенной нагрузки, используя свои внутренние ресурсы, т.е. обладает способностью к самоочищению. Способность водоёма к самоочищению (СВС) определяется способностью к самоочищению его донного осадка, который является последним звеном в сложной цепи естественной очистки и служит последним рубежом защиты водоёма от негативного воздействия всех поступающих веществ.

На основании анализа способности водоёма к самоочищению и негативного влияния на неё загрязнений антропогенного происхождения, а также методов экологического мониторинга водных объектов, расположенных на территории РФ, формулируются цель и задачи исследования.

Во второй главе проведён анализ методов определения способности водной экосистемы к самоочищению, обоснован выбор метода Eh-метрии. Проанализированы методические погрешности определения способности водоема к самоочищению методом Eh-метрии.

Сравнительный анализ в соответствии со спецификой сформулированных задач позволил установить, что методом, реализующим прогнозное оценивание, является метод Eh-метрии, основанный на определении способности водоёма к самоочищению по вертикальному распределению окислительно-восстановительного потенциала Eh в верхнем слое донного осадка и толщине его защитного слоя h.

В методе Eh-метрии рассчитывается оценочный коэффициент способности водоёма к самоочищению по формуле:

, (1)

где – среднее значение (Eh > 0); h – толщина слоя окисленных осадков с микроаэроэфильными условиями с (Eh > 0); – максимальная величина окислительно-восстановительного потенциала в слое донного осадка; H – теоретическая толщина слоя осадка с активной биотурбацией.

При близкому к 0 водоем практически не справляется с нагрузкой и способность к самоочищению низкая, при =1 – способность к самоочищению высокая.

Использование Eh в качестве оценочного параметра позволяет говорить о достоверности метода Eh-метрии, так как окислительно-восстановительный потенциал является интегральным параметром, который отображает протекание, активность и сбалансированность биогеохимических процессов на последней стадии переработки органических остатков и загрязнений в донном осадке.

Также в разделе поведён анализ методических погрешностей метода Eh-метрии.

Одной из причин возникновения погрешности является то, что в методе Eh-метрии не учитывается температура, которая оказывает влияние на окислительно-восстановительный потенциал. Установлено, что между значениями окислительно-восстановительного потенциала (Eh), полученными без учёта температуры и значениями окислительно-восстановительного потенциала, полученными с учётом температуры (), максимальная разница () составляет 20 мВ. Максимальное относительное значение разницы между значениями окислительно-восстановительного потенциала, полученными с учетом температуры и без учета, равно

и составляет 6,73%.

Уменьшить или компенсировать эту составляющую можно посредством измерения температурного режима в защитном слое донного осадка с последующей поправкой на температуру получаемых в процессе измерения значений потенциала.

Другой причиной возникновения погрешности также является ситуация, когда измерение распределения окислительно-восстановительного потенциала в слое донного осадка проводиться не вертикально, а с некоторым углом отклонения () (рисунок 1)

Такая ситуация часто возникает на практике, когда из-за различных механических препятствий (камней, мусора и т.д.) или неровности поверхности самого дна водоёма датчик Eh внедряется в защитный слой осадка с некоторым отклонением от вертикали. Это влечет за собой ошибку определения реальной глубины нахождения i точки (реальной толщины защитного слоя) и ошибку определения истинного значения потенциала в каждой i точке реальной толщины слоя.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.