книги2 / 159

Глава 8.

Модель для прогнозирования последствий сброса жидких технологических отходов в гидросферу

Согласно многочисленным данным, содержание загрязняющих веществ, превышающее предельно-допустимые концентрации для водоемов рыбохозяйственного назначения, периодически отмечаются во многих водных объектах Российской Федерации. Опасные химические соединения являются одними из основных загрязнителей водных объектов. Взависимости от химических свойств такие загрязнения подразделяются на различные категории. Например, на предприятиях нефтехимической и химической промышленности вода используется как растворитель, при этомобразуются,какправило,специфическиесточныеводы.Целлюлознобумажные комбинаты, предприятия легкой ипищевой промышленности используют воду вкачестве рабочей среды. Среди загрязняющих веществ, поступающих вводные объекты спромышленных предприятий наиболее заметный вред, наносят углеводороды.

Мониторинг экологической обстановки на водных объектах Российской Федерации имеет высокую актуальность, обеспечивает раннее выявление процессов сброса жидких технологических отходов и опасностей, вызванных этими процессами, оперативное информирование соответствующих служб, заинтересованных в том числе в эффективном прогнозировании развития таких событий, указанная задача должна решаться в том числе с помощью ПАМ-СО.

Поэтому разработка методики прогнозной и аналитической модели «Cброс жидких технологических отходов вгидросферу» является важной научно-практической задачей по формированию долгосрочного прогноза угрозы, как совокупности явлений сброса жидких технологических отходов в гидросферу [68].

Воснове методики ПАМ-СО заложены теоретические подходы

вобласти анализа статистических данных, основанные на байесовской методе интерпретации вероятности, когда вероятность отражает степень доверия к вероятному событию, которая может измениться, когда новая информация о наступающем событии будет сформирована.

141

8.1. Входные данные модели для прогнозирования последствий сброса жидких технологических отходов в гидросферу

Основными входными данными для формирования базового обучающего множества ПАМ-СО являются следующие группы параметров:

параметры систем (постов) мониторинга сбросов ЖТО, расположенных в непосредственной близости от источников сбросов ЖТО промышленных объектов;

параметры систем (постов) мониторинга сбросов ЖТО, расположенных на НТ;

характеристики источников сброса ЖТО; характеристики участков ВО впределах от источников сбросов ЖТО

до объектов водозаборов; характеристики гидрологической обстановки.

Входные данные, характеризующие параметры системы (поста) мониторинга сброса ЖТО, расположенного в непосредственной близости от выпуска в ВО промышленного объекта, на котором имеются источники сбросов ЖТО, приведены в табл. 74.

Таблица 74

Входные данные, характеризующие параметры системы (поста) мониторинга сброса ЖТО, расположенного в непосредственной близости от выпуска в ВО промышленного объекта, на котором имеются источники сбросов ЖТО

142

Составвходныхданных,характеризующихпараметрысистем(постов) мониторинга сброса ЖТО, расположенных на НТ приведен в табл. 75.

Таблица 75

Входные данные, характеризующие параметры систем (постов) мониторинга сброса ЖТО, расположенных на НТ

Входные данные, характеризующие источник сброса ЖТО, приведены в табл. 76.

Таблица 76

Входные данные, характеризующие источник сброса ЖТО

Входные данные,характеризующих показателинаблюдаемогоучастка ВО в пределах источника сброса ЖТО и объектов водозабора, приведены в табл. 77.

143

Таблица 77

Входные данные, характеризующих показатели наблюдаемого участка ВО в пределах источника сброса ЖТО и объектов водозабора

Входные данные, характеризующих гидрологическую обстановку, подготавливаются для гидропостов, расположенных как выше, так и ниже участка ВО.

Состав входных данных, характеризующих гидрологическую обстановку, в каждом гидропосте на участке ВО в каждом гидропосте на наблюдаемом участке ВО приведен в табл. 78.

Таблица 78

Состав мониторинговых параметров, характеризующих гидрологическую обстановку, в каждом гидропосте на участке ВО

144

8.2. Прогнозирование последствий сброса жидких технологических отходов в гидросферу

ВПАМ-СО вероятностной оценке с использованием байесовского классификатора подлежат гипотезы:

дляпрогнозированияконцентрацийвеществ,входящихвсоставЖТО; для прогнозирования снижения показателей ХПК и БПК.

Вкачестве анализируемого параметра МКП оценке подлежит концентрация вещества, входящего в состав ЖТО, в месте размещения системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ.

Для прогнозирования снижения показателей ХПК и БПК применяются гипотезы, указанные в табл. 79.

Таблица 79

Перечень гипотез ПАМ-СО для прогнозирования снижения показателей ХПК и БПК

1При наблюдаемых значениях концентрации вещества, входящего в состав ЖТО, в результате его сброса в ВО показатель ХПК опустился (опустится) ниже 6,0 мг/дм3

2При наблюдаемых значениях концентрации вещества, входящего в состав ЖТО, в результате его сброса в ВО показатель БПК опустился (опустится) ниже 2,1 мг/дм3

Примечание: содержание каждой гипотезы в прошедшем времени используется на этапе обучения ПАМ-СО, а содержание гипотезы в будущем времени — при прогнозировании соответствующих событий на новых значениях наблюдаемых параметров.

Особенности прогнозирования событий и обработки результатов прогнозирования в ПАМ-СО в месте размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ

Этап 1—прогнозирование сброса ЖТО через 3 часа от даты ивремени начала прогнозирования:

Осуществляется сбор входных данных ПАМ-СО, используемых для определения расчетных параметров, атакже обработки байесовским классификатором, при этом дата и время наблюдения сброса ЖТО на этапе 1 соответствует трем часам от даты и времени начала прогнозирования.

Определяется расчетная масса вещества, входящего в состав ЖТО, сброшенного в ВО.

145

Сиспользованием значения расчетной массы вещества, входящего

всостав ЖТО, сброшенного в ВО, определяется расчетная концентрация данного вещества в месте размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ, по состоянию на дату и время наблюдения.

Сиспользованием байесовского классификатора определяется отклонение прогнозируемого значения концентрации вещества, входящего

всостав ЖТО, в месте размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ, от расчетного значения и, как следствие, прогнозируемая концентрация данного вещества вуказанном месте, по состоянию на дату и время наблюдения.

Определяется показатель качества воды в месте размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ, для соответствующего вещества, входящего в состав ЖТО, по состоянию на дату и время наблюдения.

По аналогии определяются показатели качества воды вместе размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ, для остальных веществ, входящих в состав ЖТО, по состоянию на дату и время наблюдения.

Определяется общий показатель качества воды вместе размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ.

Этап 2—прогнозирование сброса ЖТО через 6 часов от даты ивремени начала прогнозирования:

Осуществляется сбор входных данных ПАМ-СО, используемых для определения расчетных параметров, а также обработки байесовским классификатором, при этом:

дата и время начала прогнозирования сброса ЖТО на этапе 2 соответствует дате и времени наблюдения сброса ЖТО на этапе 1;

дата ивремя наблюдения сброса ЖТО на этапе 2 соответствует трем часам от даты и времени начала прогнозирования сброса ЖТО на этапе 2 (шести часам от даты и времени начала прогнозирования на этапе 1); в качестве значения концентрации вещества, входящего в состав ЖТО, в месте размещения i-ой системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ, следует использовать прогнозируемое

значение данного параметра, полученное на этапе 1; в расчетах используется расчетная масса вещества, входящего в со-

став ЖТО, сброшенного в ВО, определенная на этапе 1;

146

в качестве значения концентрации вещества, входящего в состав ЖТО, в месте размещения системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной в непосредственной близости от источника сброса ЖТО промышленного объекта, следует использовать расчетное значение данного параметра, по состоянию на дату и время начала прогнозирования сброса ЖТО на этапе 2;

характеристика гидрологической обстановки принимается по состоянию на дату и время начала прогнозирования на этапе 1;

значения ХПК и БПК принимаются по состоянию на дату и время начала прогнозирования на этапе 1.

По аналогии с действиями, указанными на 1 этапе, определяется общий показатель качества воды вместе размещения i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ, по состоянию на дату и время наблюдения.

Таким образом осуществляется прогнозирование сброса ЖТО через

9 ч (этап 3), 12 ч (этап 4), 15 ч (этап 5), 18 ч (этап 6), 21 ч (этап 7) и 24

ч (этап 8).

Для остальных систем (постов) мониторинга сбросов ЖТО, расположенных на НТ, прогнозирование концентраций веществ, входящих в состав ЖТО, и общих показателей качества воды в местах их размещения, по состоянию на каждые 3 часа втечение ближайших суток, осуществляется по аналогии с действиями, указанными для i-той системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, расположенной на НТ.

Определение общего показателя качества воды Общий показатель качества воды предназначен для оценки уровня

загрязнения ВО и влияния качества воды на здоровье населения на территории муниципального образования (городского округа) взависимости от полученных концентраций веществ, входящих в состав ЖТО.

Показатель качества воды для каждого вещества, входящего всостав ЖТО (фенол, формальдегид, аммиак, хром), а также для ХПК и БПК определяется по формуле:

где:

Ci —концентрация i-го вещества, входящего в состав ЖТО, в месте размещения системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, а для

147

показателей ХПК и БПК—их значения, по состоянию на дату и время начала прогнозирования, мг/дм3;

ПДКi —предельно допустимая концентрация i-го вещества, входящего в состав ЖТО, а для показателей ХПК и БПК—их нормативные значения, мг/дм3.

Общий показатель качества воды (SCWQI) определяется по формуле:

Качественная характеристика общего показателя SCWQI представляет собой шкалу от 1 до 13+ для обозначения уровня риска для здоровья, связанного с качеством воды на территории муниципального района (городского округа), и определяется по табл. 80.

Таблица 80

Шкала уровня угрозы загрязнения воды в ВО SCWQI

Определение расчетных параметров сброса ЖТО в гидросферу Концентрация веществ, входящих в состав ЖТО при сбросе в ВО,

определяется по формуле:

где:

С(Lx, t) — средняя концентрация вещества в ВО на расстоянии Lx через время t, г/м3;

Lx —общая протяженность участка ВО от места сброса ЖТО до системы (поста) мониторинга сбросов ЖТО, м;

mв —начальная масса сброшенного в ВО, г; F —площадь поперечного сечения ВО, м2;

148

Dx —коэффициент продольной дисперсии, м2/с;

t —время, прошедшее от начала сброса ЖТО в ВО, с; ϑ—средняя скорость течения воды на участке ВО, м/с;

K —коэффициент скорости самоочищения воды от сброшенного вещества, входящего в состав ЖТО, 1/с.

Коэффициенты скорости самоочищения для веществ, входящих в состав ЖТО, приведены в табл. 81.

Таблица 81

Ориентировочные значения коэффициентов скорости самоочищения речной воды от некоторых загрязняющих веществ К

Коэффициенты продольной дисперсииDx для участков ВО шириной равной и менее 10 м определяется по формуле:

где:

ϑ* —соответственно варианту расчета максимальная или средняя по сечению речного потока скорость течения воды на рассматриваемом участке ВО, м/с;

H* иB* — соответственно средние глубина иширина участка ВО, м; с — коэффициент Шези, м0,5/с.

Для участков ВО с большей шириной русла коэффициент продольной дисперсии Dx определяется по формуле:

149

Коэффициент Шези определяется по формулам: 1. При наличии ледяного покрова на участке ВО:

где:

nзим — коэффициент шероховатости русла для зимнего периода времени;

Y 3 —коэффициент степени, зависящий от коэффициента шероховатости русла.

Коэффициент шероховатости русла для зимнего периода времени (nзим) определяется по формуле:

nш —коэффициент шероховатости русла, определяемый по табл. 82; nл —коэффициент шероховатости нижней поверхности льда.

Коэффициент степени, зависящий от коэффициента шероховатости русла (Y 3) определяется по формуле:

150