Модели и оптимизация процессов развития системы морских портов Вьетнама (27.09.2010)

Автор: Нгуен Нгок Хуэ

В работе окружающая среда рассматривается как объект управления в системе экологического мониторинга. Используется понятие геоэкологической системы, в которой геофизическая среда - совокупность неживых объектов и протекающих в них процессов, будет являться объектом управления.

В наиболее общей форме задача управления состоянием окружающей среды на транспорте, в том числе, морском, включая портовые хозяйства и комплексы, можно представить как совокупность управляющих воздействий U, обеспечивающих экстремум (максимум или минимум) некоторого функционала, обычно называемого целевым функционалом или функционалом цели

где Fs(Y,t) – функция распределения вероятностей значений контролируемых переменных состояния окружающей среды Y в зависимости от времени t, Fe(Ye,t) - функция распределения неконтролируемых воздействий на окружающую среду Ye, Fg(Y,t) - желаемое распределение переменных состояние окружающей среды, т.е. то, которое предполагается сформировать в результате управляющих воздействий. При этом полагается, что между входящими в выражение функциями распределения существует взаимозависимость вида

где А - некий функционал, называемый математической моделью объекта управления, в данном случае моделью эволюции окружающей среды, и что существуют ограничения на возможные значения управляющих воздействий

где (U - область допустимых значений управляющих воздействий. Цель управления - минимизация вероятности неблагоприятных экологических условий.

Для изучения геоэкологических процессов (ГЭП) и разработки методов их прогнозирования широкое распространение получил метод математического моделирования.

Вычислительный алгоритм, выражающий основные законы, по которым развиваются ГЭП, сводится к реализации преобразования

- область допустимых значений параметров загрязнений.

Под экологическим мониторингом на транспорте понимается организованный мониторинг окружающей природной среды в транспортных и транспортно-промышленных системах Основное предназначение экологического мониторинга – обеспечение служб природоохранной деятельности и управления транспортом своевременной и достоверной информацией. Универсальный подход к определению структурной системы экологического мониторинга морских портов представлен на блок-схеме (рис. 8.1)

Рис. 8.1

Оценка фактического и прогнозируемого состояния подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой - выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов (допустимых нагрузок на окружающую среду – ПДК, ПДВ, ПДС, ПДЭН).

Наблюдения за изменением состояния окружающей портовой и транспортной среды является неотъемлемой частью экологического мониторинга. В систему наблюдений за состоянием природной и транспортной среды, охватываемой системой мониторинга, входят следующие объекты наблюдений – источники и факторы воздействия (источники сбросов, излучений, загрязнения почв), состояние окружающей природной и портово - транспортной среды, состояние биотической составляющей биосферы – реакция биоты.

Направленность и последовательность действий по регулированию качества природной среды в портовых системах представлена на рис. 8.2.

Далее рассматриваются методы оценки воздействия транспорта на окружающую среду и способы снижения этого воздействия. В отличие от контроля мониторинг предусматривает не только наблюдение за окружающей средой, но и получение информации о её состоянии, а также возможность активного управления качеством среды.

Для принятия адекватных решений о применении природоохранных мероприятий необходимо предоставлять информацию об их эффективности. С этой целью рассмотрены способы снижения воздействия морского транспорта на окружающую среду.

Для морского транспорта важное значение имеет очистка компонентов природной среды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов доступными и экономическими средствами.

Одним из основных мероприятий по ликвидации нефтезагрязненных грунтов на портовых объектах морского транспорта является механический метод очистки с удалением нефтезагрязненного грунта и засыпкой на его место чистого, в качестве которого на предприятиях используется песок. Свежее загрязнение грунта можно смоделировать в лабораторных условиях, а в качестве застарелых образцов нефтезагрязненного грунта следует исследовать натурные грунты, отобранные на предприятии морского транспорта и произвести отмывку грунтов с помощью различных моющих средств.

Рис. 8.2

Анализ данных экспериментов показал, что наиболее эффективным моющим средством (МС) для очистки грунта от нефтезагрязнения является пероксокарбонат натрия, действующий по иному механизму, чем известные моющие средства. Результаты исследования разработанного в ПГУПС кавитационно-флотационного отмывателя нефтепродуктов (КАФОН) применительно к загрязненным нефтью, отработанным моторным маслом и мазутом грунтам, показали его высокую эффективность. Что определяется особым механизмом очистки, а именно, совместным кавитационно-флотационным эффектом.

В таблице 8.1 приведены результаты сравнения моющей способности КАФОН и лучшего средства, содержащего ПАВ.

Таблица 8.1

Моющее средство Содержание нефтепродукта в очищенном грунте,

мг/л Содержание нефтепродукта в отработанном моющем растворе, мг/л

Модельное загрязнение Натуральный грунт Модельное загрязнение Натуральный грунт

УБОН 0,1-1,5 1,4-11,5 205-472 307-629

ОП-10 0,1-2,0 2,6-12,5 154-260 ---

КАФОН 0,1-2,0 0,6-3,4 8-24 37-65

При разработке методики оценки воздействия выбросов тепловозов на атмосферный воздух применено построение модели рассеяния примеси в атмосферном воздухе от источников морского транспорта.

Для построения модели рассеяния примеси в атмосферном воздухе от передвижных источников на данной площади взята за основу гауссова модель распространения примеси от мгновенного точечного источника в условиях изотропной турбулентной диффузии.

Облако рассеиваемого вещества в этой модели рассматривается симметричным на всем протяжении рассеяния и его центр перемещается в направлении и со скоростью среднего ветра. Если источник выброса находится в пространстве с координатами (x0,y0,z0), то формула может быть представлена в виде:

где C(x,y,z,t) - концентрация вещества, мг/м3;

Q - суммарный выброс вещества мгновенным точечным источником, мг;

К - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с;

t - время, с.

Полная средняя концентрация от одного передвигающегося источника на участке движения представит собой суперпозицию, убывающих во времени, средних концентраций от каждого мгновенного выброса, т.е. это можно представить в виде:

где Сполн - полная средняя концентрация от передвижного источника за все время пребывания на участке движения;

Мt[С] - средняя концентрация примеси от одного мгновенного выброса на момент времени t;

t - индекс суммирования равный временному интервалу от одного мгновенного выброса до другого.

C учетом статического распределения транспортного потока по акватории порта выбрана модель загрязняющего вещества в атмосферном воздухе в приближении точечного источника. Такая модель позволяет производить расчеты по оценке рассеяния в атмосферном воздухе веществ, выбрасываемых с отработавшими газами судами, что позволяет провести анализ по определению границ, в пределах которых концентрации указанных веществ находятся выше или ниже ПДК, а также влияние некоторых факторов (влияние ветра и метеоусловий) на величину концентрации рассеиваемого вещества.

В работе разработано математическое обеспечение, позволяющее рассчитать поле яркости рассеянной солнечной радиации для реальной системы «атмосфера-нефтяная пленка-поверхность воды» в зависимости от условий наблюдения с учетом оптических свойств воды, нефти и атмосферы.


загрузка...