Анализ мониторинговых характеристик экологических систем "Малая река" и "Озеро"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Бийский технологический институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Отчет по лабораторным работам

по дисциплине: Экология

Выполнил:

Коноплянная Е.А.

Бийск 2014

Лабораторная работа №1

1. Цель работы

Анализ мониторинговых характеристик экологической системы «Малая река».

Формирование представлений об эколого-экономическом ущербе, наносимом антропогенной деятельностью.

б) Краткая теоретическая часть

Экологический мониторинг - это система наблюдений оценки и прогноза состояния ОС. Основной принцип мониторинга - непрерывное слежение - это важнейшая часть экологического контроля за состоянием ОС в целом, который осуществляют государственные органы.

По территориальному охвату различают три вида мониторинга:

- локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический);

- региональный (геосистемный, природно-хозяйственный),

- глобальный (биосферный, фоновый).

Объектами локального мониторинга являются поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки и различные выбросы.

Объекты регионального мониторинга - это исчезающие виды животных и растений, природные экосистемы: агроэкосистемы, лесные экосистемы.

Объекты глобального мониторинга - это атмосфера, гидросфера, растительный и почвенный покровы, животный мир и биосфера в целом как среда жизни всего человечества.

Качество воды рек, озер, водохранилищ нормируется «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений» 1988 г.

Ими устанавливаются две категории водоемов (или их участков):

1-я - водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения;

2-я - водоемы рыбохозяйственного назначения.

Основными источниками загрязнений водоемов являются:

· сточные воды промышленных предприятий, шахт, загрязненные хлористыми и сульфатными веществами, соединениями железа и меди, которые перед сбросом должны очищаться;

· городские сточные воды, содержащие растворимые органические вещества, микроорганизмы, взвешенные частицы и песок;

· канализационные воды животноводческих хозяйств;

· дождевые и талые воды, стекающие в водоемы с поверхности земли и содержащие растворенные химические вещества и взвеси;

· водный транспорт;

· осадки из атмосферы, содержащие атмосферные загрязнения (например, кислотные дожди).

Наиболее опасные загрязнители воды - это соли тяжелых металлов, фенолы, органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические моющие средства.

Загрязнение водоемов изменяет физические свойства воды.

Загрязненные водоемы становятся непригодными не только для рыбохозяйственных и культурно-бытовых целей, но и для технического водоснабжения.

Очистка промышленных стоков - это комплекс различных методов. Наиболее широко используются комбинации механической, химической и биологической очисток.

Эффективность очистки по органическим веществам - 90%, по неорганическим - 20-40%.

Оценка негативного изменения основных свойств окружающей среды под воздействием загрязнений называется экономическим ущербом.

Ущерб - это фактические или возможные экономические и социальные потери, возникающие в результате каких-либо событий или явлений, в том числе изменений природной среды, ее загрязнения, и выражается в денежной форме.

Уровень загрязнения влияет на величину экономического ущерба, который включает:

- потери, связанные с ухудшением функционирования основных фондов промышленного предприятия (ремонт и содержание зданий, ускоренный износ оборудования, износ транспорта, ремонт и содержание металлоконструкций);

- дополнительные затраты на водоподготовку, обеспечение водой;

- потери коммунального хозяйства (уборка территорий, износ рабочей одежды, содержание зеленых насаждений)

- потери предприятий, связанные с заболеваемостью населения (оплата лечебных отпусков, компенсация невыходов на работу);

- затраты учреждений здравоохранения на амбулаторное и стационарное лечение;

- потери сельского хозяйства (потери урожая, транспортные расходы по доставке урожая);

- потери продуктивности леса (древесина, ягоды, трава, грибы, животный мир, тушение пожаров);

- потери продуктивности водоема.

2. Теоретические сведения

очистка экологический река озеро

В лабораторной работе «Малая река» студенты осуществляют мониторинг состояния воды в реке.

Экологический мониторинг - это система наблюдений оценки и прогноза состояния ОС. Основной принцип мониторинга - непрерывное слежение - это важнейшая часть экологического контроля за состоянием ОС в целом, который осуществляют государственные органы.

По территориальному охвату различают три вида мониторинга:

- локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический);

- глобальный (биосферный, фоновый).

Объектами локального мониторинга являются поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки и различные выбросы.

Объекты регионального мониторинга - это исчезающие виды животных и растений, природные экосистемы: агроэкосистемы, лесные экосистемы.

Объекты глобального мониторинга - это атмосфера, гидросфера, растительный и почвенный покровы, животный мир и биосфера в целом как среда жизни всего человечества.

Качество воды рек, озер, водохранилищ нормируется «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнений» 1988 г.

Ими устанавливаются две категории водоемов (или их участков):

1-я - водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения;

2-я - водоемы рыбохозяйственного назначения.

3. Описание элементов системы

После загрузки программы на экране появится заставка программы «Малая река». Для продолжения работы необходимо нажать «Пробел». Программа «Малая река» моделирует естественные процессы, происходящие в системе (рисунок 1):

- участок реки длиной 8640 м, шириной 10 м, глубиной 3 м, средней скоростью течения 6 м/мин;

- промышленное предприятие, расположенное на берегу реки на расстоянии 1800 м от начала участка. Интенсивность работы предприятия может меняться от 0 до 150 ед. продукции в сутки. Производство 1 ед. продукции дает 0,1 м³ стоков с концентрацией органического загрязняющего вещества (по БПК) 2000 мг/л;



Рисунок 1. - Общая схема экологической системы «Малая река»: 1 - промышленное предприятие; 2 - животноводческий комплекс; 3 - водозабор; 4 - жилой поселок; 5 - передвижная станция контроля качества воды; 6 - сельскохозяйственные угодья

- животноводческий комплекс - расположен на берегу реки на расстоянии 5400 м от начала участка. На комплексе можно выращивать свиней (в количестве от 0 до 2000 голов) или крупный рогатый скот (в количестве от 0 до 1000 голов). В сутки в расчете на одну свинью образуется 4,5 л навозной жижи с содержанием БПК 6000 мг/л, в расчете на одну корову - 14 л с содержанием БПК 8000 мг/л;

- сельскохозяйственные угодья, на которых можно выращивать пшеницу, рожь, ячмень, кукурузу или картофель. Для повышения урожайности можно вносить азотные удобрения (не более 50 кг/га), калийные удобрения (не более 50 кг/га), фосфорные удобрения (не более 50 кг/га), органические удобрения (не более 20 т/га), известь (не более 2 т/га), применять ядохимикаты - гербициды (метафос - для борьбы с вредными насекомыми, цинеб - для борьбы с болезнями растений, атразин - для борьбы с сорняками). Гербициды - химические вещества, при попадании в водоемы оказывают токсичное действие и могут вызвать гибель живых организмов;

- жилой поселок, забирающий воду из реки для своих нужд. Качество воды регламентируется предельно допустимыми концентрациями: БПК, атразин, метафос, цинеб, содержанием кислорода в воде;

- передвижная станция контроля качества воды анализирует содержание кислорода, БПК (биологического потребления кислорода), атразина, метафоса, цинеба в воде в любом выбранном месте участка реки. При выборе оптимальных параметров функционирования экологической системы «Малая река» можно использовать данные таблиц 1, 2, 3, 4 и рисунков 1, 2.

Таблица 1 - Природоохранные мероприятия

Мероприятие	Природоохранное воздействие
Вспашка	Разные виды вспашки обеспечивают различную степень уменьшения дождевого стока: - уплотненная - на 16%; - отвальная с микролиманами - на 52%; - безотвальная - на 45 %; - отвальная глубиной 22-25 см - на 62%; - глубиной 35-37 см - на 77 см
Очистка сточных вод	Механическая снижает концентрацию загрязняющих веществ примерно на 50%.; биологическая - на 80%; биологическая с доочисткой - на 98%
Лесополоса	Выращивание древесной и кустарниковой растительности на берегах рек способствует уменьшению поверхностного стока и выноса загрязняющих веществ. Влияние лесополосы растет с увеличением ее возраста
Искусственная аэрация	Позволяет увеличить содержание кислорода в воде путем нагнетания воздуха в воду через аэраторы

Таблица 2 - Стоимость природоохранных мероприятий, руб.

Наименование мероприятия	Единицы измерения	Стоимость мероприятия
Вспашка:
- уплотненная	100 га	1000
- отвальная с микролиманами	100 га	1900
- безотвальная	100 га	1700
- отвальная глубиной 22-25 см	100 га	2500
- отвальная глубиной 35-37 см	100 га	3000
Очистка сточных вод:
- механическая	1 м3	0,05
- биологическая	1 м3	0,38
- биологическая с доочисткой	1 м3	2
Посадка лесополосы шириной	10 м	1000
Искусственная аэрация (повышение содержания кислорода)	на 2 мг/л	0,366 в месяц

Таблица 3 - Затраты на внесение удобрений и ядохимикатов

Наименование	Стоимость, руб.
Гербициды:
- метафос (по 1 кг на 1 га)	434
- атразин (по 1 кг на 1 га)	1600
- цинеб (по 1 кг на 1 га)	600
Удобрения:
- азотные удобрения (по 1 кг на 1 га)	400
- калийные удобрения (по 1 кг на 1 га)	400
- фосфорные удобрения (по 1 кг на 1 га)	400
- органические удобрения (по 1 т на 1 га)	2000
- известь (по 1 т на 1 га)	2000

Таблица 4 - Прибыль от ведения хозяйственной деятельности

Источник прибыли	Ед. изм.	Прибыль, руб.
Продукция промышленного предприятия, количество	1 ед. продукции	12
Продукция животноводческого комплекса	Nc, кол. свиней Nк, кол. коров	100·Nc, в год 200·Nк, в год
Урожай пшеницы	1 ц	30
Урожай ячменя	1 ц	30
Урожай ржи	1 ц	28
Урожай кукурузы	1 ц	12
Урожай картофеля	1 ц	10

Таблица 5 - Предельно допустимые концентрации веществ (ПДК)

Вид вещества	ПДК, мг/л
Кислород	более 4
БПК	менее 6
Атразин	более 0,005
Метафос	более 0,02
Цинеб	более 0,03

1.3 Ход работы

Процессы, моделируемые в имитационной модели экосистемы «Малая река», можно рассматривать применительно к реке Бия и предприятиям агропромышленного комплекса Бийского района, имеющим сброс сточных вод в Бию.

Работа с программой состоит из нескольких последовательных туров (один тур - это один год). В каждом туре студент оказывает управляющее воздействие на экосистему и получает соответствующие результаты. Программа рассчитана на пять туров - 5 лет.

Задачей студента является получение максимальной прибыли от хозяйственной деятельности, суммарно за пять лет работы нужно получить более 5000 условных рублей, нанеся минимальный экономический ущерб водоему (ущерб должен быть равен «нулю»). Для этого нужно подобрать оптимальный вариант функционирования экосистемы, выбрав эффективные методы очистки сточных вод таким образом, чтобы концентрации загрязняющих веществ в воде не превышали предельно-допустимые значения.

Влияние деятельности предприятий на величину экономического ущерба, формирование прибыли и затрат проиллюстрировано на рисунке 1.2.

Экономический ущерб, появляющийся в результате нерационально выбранных управляющих параметров игры, зависит от качества воды в реке. Его величина складывается из потерь, связанных с ухудшением функционирования основных фондов промышленного предприятия, дополнительных затрат на очистку воды для жилого поселка; потерь из-за заболеваемости населения, затрат учреждений здравоохранения в связи с заболеваемостью населения, собственных затрат населения, связанных с поездками на отдых в другие места.

В начале каждого тура задаются параметры функционирования системы:

- интенсивность работы промышленного предприятия;

- количество голов скота для выращивания на ферме (свиньи или крупный рогатый скот);

- методы очистки сточных вод промышленного предприятия и фермы;

- сельскохозяйственные культуры для выращивания в бассейне реки;

- количество применяемых удобрений и ядохимикатов;

- размещение передвижной станции контроля качества воды;

- мероприятия по охране чистоты реки;

- вид вспашки;

- ширина лесопосадок вдоль реки;

- место искусственной аэрации

Рисунок 2 - Схема функционирования экологической системы «Малая река»

Примеры возможных вариантов функционирования системы.

Если попытаться получить максимальную прибыль, мало заботясь о чистоте воды (экономя на этом), используем следующие параметры:

- интенсивность работы промышленного предприятия - 150;

- очистка сточных вод предприятия - механическая;

- поголовье скота - 2000 свиней;

- очистка сточных вод фермы - механическая;

- сельскохозяйственная культура - картофель;

- удобрения (азотные - 50 кг/га, фосфорные - 45 кг/га, калийные - 45 кг/га, органические - 10 т/га, известкование - 1 т/га);

- пестициды (метафос - 30 кг/га, цинеб - 3 кг/га, атразин - 6 кг/га);

- вспашка - уплотненная;

- лесополоса шириной 30 м.

Получаемый результат за первый год:

- прибыль - 1442 тыс. руб.

- затраты - 123 тыс. руб.

- экономический ущерб - 400,8 тыс. руб.

Слишком большой экономический ущерб говорит о том, что необходимо больше внимания уделять природоохранным мероприятиям. Необходимо улучшить очистку сточных вод, применять меньшее количество удобрений и пестицидов.

Если на природоохранные мероприятия затратить средств немного больше, то можно достичь нулевого экономического ущерба.

Примером служат другие параметры:

- интенсивность работы промышленного предприятия - 150;

- очистка сточных вод предприятия - биологическая;

- поголовье скота - 2000 свиней;

- очистка сточных вод фермы - биологическая с доочисткой;

- сельскохозяйственная культура - пшеница;

- пестициды (метафос - 15 кг/га, цинеб - 2 кг/га, атразин - 3 кг/га);

- удобрения (азотные - 20 кг/га, фосфорные - 25 кг/га, калийные - 20 кг/га, органические - 5 т/га, известкование - 1 т/га);

- вспашка - глубиной 35-37 см;

- лесополоса шириной 30 м.

Результат за первый год:

прибыль - 1096,4 тыс. руб.;

затраты - 185,9 тыс. руб.;

экономический ущерб - 0 тыс. руб.

Итог говорит о том, что управление системой ведется правильно.

Получена высокая прибыль, и обеспечена чистота воды в реке.

Параметры функционирования системы и результаты эколого-экономической деятельности заносятся в отчетную таблицу 6.

Таблица 6 - Результаты эколого-экономической деятельности

Показатели и параметры	Первый год	Второй год	Третий год	Четвертый год	Пятый год
Интенсивность работы предприятия	150	150	120	100	150
Очистка сточных вод предприятия	биологическая	биологическая	биологическая	биологическая	биологическая
Поголовье скота	2000 свиней	2000 свиней	1500 свиней	1000 коров	1500 коров
Очистка сточных вод фермы	биологическая с доочисткой	биологическая	биологическая с доочисткой	биологическая с доочисткой	биологическая
С/х культура	пшеница	пшеница	пшеница	картофель	картофель
Удобрения	азотные	20 кг/га	20	15	20	15
	фосфорные	25 кг/га	25	20	25	20
	калийные	20 кг/га	20	15	10	13
	органика	5 т/га	5	4	3	2
	известь	1 т/га	1	1	1	1
Пестициды	метафос	15 кг/га	15	15	10	12
	цинеб	2 кг/га	2	2	2	1
	атразин	3 кг/га	3	2	2	2
Вспашка	3000 руб.	3000	3000	3000	3000
Лесополоса	3000 руб.	3000	3000	3000	3000
Прибыль	1096,4 тыс. руб.	1101,7 тыс. руб.	900 тыс. руб.	795 тыс. руб.	798 тыс. руб.
Затраты	185,9 тыс. руб.	183,2 тыс. руб.	156,3 тыс. руб.	144 тыс. руб.	149 тыс. руб.
Экономический ущерб	0 тыс. руб.	5 тыс. руб.	9 тыс. руб.	9 тыс. руб.	10 тыс. руб.

В результате проведения работы мы проанализировали мониторинговые характеристики экологической системы «Малая река».

Познакомились с представлениями об эколого-экономическом ущербе, наносимом антропогенной деятельностью.

1) Описание экосистемы «Малая река»

Участок реки длиной 8640 м, шириной 10 м, глубиной 3 м, средней скоростью течения 6 м/мин;

Промышленное предприятие, расположенное на берегу реки на расстоянии 1800 м от начала участка. Интенсивность работы предприятия может меняться от 0 до 150 ед. продукции в сутки. Производство 1 ед. продукции дает 0,1 м³ стоков с концентрацией органического загрязняющего вещества (по БПК) 2000 мг/л;

- описание методов исследования водоема;

2) Экологический мониторинг - система наблюдений оценки и прогноза состояния ОС. Основной принцип мониторинга - непрерывное слежение - это важнейшая часть экологического контроля за состоянием ОС в целом, который осуществляют государственные органы.

Экологический контроль - система мер, направленная на предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в области охраны окружающей среды, обеспечение соблюдения субъектами хозяйственной и иной деятельности требований, в том числе нормативов и нормативных документов, в области охраны окружающей среды.

3) Обоснование полученных результатов

Интенсивность работы предприятия в данном случае не оказывала большого влияния на ОС.

Очистка сточных вод предприятия - биологическая, следовательно, изменения, происходящие в ОС должны произвести практически одинаковый эффект.

Поголовье скота. Во-первых, скот разного типа оказывал разное влияние на ОС, во-вторых численность была разной и это по-разному отразилось на показателях. Во все года экономический ущерб возрастал.

С/х культуры. Данный показатель напрямую зависит от удобрений, используемых в земледелии (картофель, пшеница). Используемых пестицидов, лесополоса и вспашка оставались неизменными пунктами на протяжении пяти лет.

Итак, в первый год управление системой ведется правильно, поскольку экономический ущерб составил 0 рублей.

Во второй год управление системой начинает выходить из-под контроля. На природоохранные мероприятия нужно затратить немного больше средств, так можно будет достичь нулевого экономического ущерба. Экономический ущерб составил 5 тысяч рублей.

В третий и четвертый год Экономический ущерб составил 9 тысяч рублей. Управление системой вышло из-под контроля. На природоохранные мероприятия нужно затратить больше средств, так можно будет достичь нулевого экономического ущерба. Также это относится и к пятому году управления системой. Поскольку ее экономический ущерб составил 10 тысяч рублей.

4) Характеристика выбранных природоохранных мероприятий и методов очистки сточных вод:

Биологические. В основе этих методов лежит использование микроорганизмов, разлагающих органические соединения в сточных водах. Применяются биофильтры с тонкой бактериальной плёнкой, биологические пруды с населяющими их микроорганизмами, аэротенки с активным илом из бактерий и микроорганизмов.

Лабораторная работа №2

1. Цели работы

Овладение практическими приёмами и методами контроля по эксплуатации экосистемы «Озеро».

Приобретение умений и навыков использования технических средств при оптимальном планировании нескольких взаимосвязанных параметров управления.

2. Теоретические сведения

Воды являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в РФ как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории. Водное законодательство РФ состоит из Водного Кодекса, принятого государственной Думой 18.10.95 г., и принимаемых в соответствии с ним федеральных законов и иных нормативных правовых актов РФ и ее субъектов.

Около 50 % населения России используют воду неудовлетворительного качества, которая по ГОСТ 2874 - 82 «Вода питьевая» контролируется по 28 показателям (ВОЗ рекомендует нормировать и контролировать воду по 100 показателям).

Поскольку вредные и ядовитые вещества, попадающие в водоем, разнообразны по своему действию, их ПДК можно охарактеризовать по трем основным лимитирующим показателям вредности (ЛПВ):

· общесанитарный. Показывает концентрацию загрязнения, при которой вещество не нарушает способность водоема к самоочистке (взвешенные вещества, песок, глина);

· органолептический. Показывает концентрацию, при которой не обнаруживается неприемлемых для населения органолептических свойств воды (сероуглерод, фенолы, СПАВ);

· санитарно-токсикологический. Показывает концентрацию, при которой не оказывается неблагоприятное или токсическое воздействие на людей (бензол, смолы, аммиак, тяжелые металлы).

Для рыбохозяйственных водоемов вводятся еще два ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный.

Наиболее неблагоприятное воздействие загрязняющего вещества и определяет его ЛПВ.

Запрещается сбрасывать в водоемы сточные воды:

- если можно избежать сброса, используя более рациональную технологию (безводные процессы, водооборотные системы);

- если в сточных водах содержатся ценные отходы, которые можно утилизировать;

- если сточные воды содержат сырье, реагенты, продукцию, превышающие технологические потери;

- если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

При одновременном присутствии и взаимодействии в ОС нескольких веществ с одинаковыми или разными лимитирующими показателями вредности могут быть следующие эффекты: нейтрализация, суммация и синергетический эффект.

В первом случае происходит ослабление воздействия загрязняющих веществ смеси.

Синергетический эффект наблюдается тогда, когда два относительно малоопасных вещества, соединяясь, дают высокотоксичное соединение.

Для оценки степени загрязнения водоема и определения метода очистки применяют эффект суммации (ЭС). Суммарная концентрация вредных веществ должна удовлетворять условию:

ЭС = С₁/ ПДК₁ + С₂/ ПДК₂ + … + С_n/ ПДК_n ? 1 , (2.1)

где С₁, С₂ , С_n - фактическая концентрация загрязнений;

ПДК₁, ПДК₂, ПДК_n - предельно допустимая концентрация этих же загрязнителей.

Если ЭС < 1, то происходит эффект потенцирования, смесь загрязнителей не мешает самоочистке водоема. Это означает, что смесь может без очистки сбрасываться в водоем.

Если ЭС = 1, то происходит процесс аддитивности - накопление загрязнителей, т.е. наблюдается пороговое состояние, достаточно применять механические очистные сооружения.

Если ЭС > 1, то происходит процесс антагонизма. Происходят химические процессы взаимодействия загрязнителей в смеси. В этом случае требуются более сложные, комбинированные методы очистки (механические, физико-химические, биологические).

3. Описание элементов системы

Обучаемый в игре выполняет функции диспетчера по управлению экологической системой «Озеро».

Для успешного управления нужно усвоить закономерности, лежащие в основе водного баланса, превращений и деструкции веществ, насыщения воды кислородом, влияния метеоусловий на экологические процессы.

Компьютерная программа моделирует естественные процессы, протекающие в системе, включающей в себя:

- водоём 200·300 м, разбит на три зоны одинаковой площади 200·100 м - промышленную, среднюю и культурную (со средними глубинами 5 м, 10 м и 5 м соответственно). Нормальным считается уровень воды в озере от 9,8 до 10,2 м;

- прибрежные предприятия: завод, фабрика, база используют воду озера для своих технологических процессов, загрязняя её органикой и неорганикой. Объём забираемой воды равен объёму сбрасываемой. Концентрации органики и неорганики в сбрасываемой воде могут меняться через каждую декаду. Ботанический сад только забирает воду из озера;

- станции ежедневного взятия проб воды. Две из них стационарные - в промышленной и средней зонах, одна передвижная для взятия проб воды при необходимости в культурной зоне;

- гидрометеослужба осуществляет краткосрочный метеопрогноз (до 10 дней): температуры воздуха и воды, осадков, давления и силы ветра. Данные об изменениях погодных условий заложены в игру и остаются одними и теми же, поэтому все игроки оказываются в равных условиях, диктуемых внешней обстановкой;

- служба управления качеством воды осуществляет подкачку чистой воды в промышленную зону (Р), сброс воды из культурной зоны (S), искусственную аэрацию вод (А₁, А₂);

- финансирующий орган: для управления озером на два месяца выделяется 300 условных рублей. Эти деньги расходуются на перекачку воды из расчёта 0,5 усл. руб. за каждые 1000 куб. м и на искусственную аэрацию из расчета 0,25 усл. рублей за повышение концентрации кислорода в одной зоне на 1 мг/л.

4. Ход работы

Обычный игровой цикл состоит из последовательности обращений к режимам меню в таком порядке: «СОСТОЯНИЕ - ПРОГНОЗ - УПРАВЛЕНИЕ - РАБОТА».

Общая задача студента состоит в том, чтобы в течение первого месяца (июня) вывести озеро из запущенного состояния до уровня ПДК во всех зонах по каждому из трёх ингредиентов (органика, неорганика, кислород), а затем в течение второго месяца (июля) поддерживать качество воды в озере на уровне этих ПДК.

В начале каждого игрового цикла с помощью раздела меню «СОСТОЯНИЕ» следует проанализировать текущие концентрации кислорода, органики, неорганики в каждой зоне, уровень воды в озере, оставшуюся денежную сумму для расхода на перекачку воды и аэрацию.

Затем необходимо оценить прогноз погоды и прогноз деятельности предприятий (раздел меню «ПРОГНОЗ»).

На основании проведенного анализа студент должен выбрать параметры управления: подкачку воды Р, сброс воды S, аэрацию А1 и А2, а также Т - количество суток очередного цикла (раздел меню «УПРАВЛЕНИЕ»)

В течение июня, пока игрок выводит озеро из запущенного состояния, штрафные баллы не начисляются. В течение июля начисляются штрафные баллы по одному за каждый день, если не было обеспечено качество воды в любой зоне.

Рекомендуемые параметры управления процессом очищения водоема «Озера» приведены в таблице 2.3, в результате которого выполнена поставленная задача: в течение июня озеро очистилось, в течение июня концентрации загрязнений поддерживаются ниже уровня ПДК.

В ходе работы обучаемый может придерживаться рекомендуемых значений Р, S, Т, А₁, А₂ либо выбирать свои, сверяясь с прогнозом погоды и режимом работы предприятий.

Результаты мониторинга качества воды в «Озере» (значения концентраций загрязнителей, полученные в ходе работы) занести в таблицу 2.3.

По данным таблицы построить графики наблюдения за процессом самоочистки озера (для зоны заданной преподавателем) в координатах C = f(T), где С - концентрации органики, неорганики и кислорода (мг/л), Т - дата.

Таблица 7 - Результаты мониторинга качества воды в «Озере»

Дата	Длительность цикла Т,сутки	Подкачка воды Р,	Сброс воды S,	Аэрация, А1	Аэрация, А2	Содержание загрязнителей неорганика/органика/кислород, мг/л	Штрафные баллы
						Промышленная зона	Средняя зона	Культурная зона
1.06	3	2000	-	6	6	500/100/0,5	450/100/1	400/100/1,5	0
4.06	4	2000	500	5	3	485,6/98,9/0,6	429,0/88/5,3	355,6/89,5/3,2	0
8.06	3	3000	1500	4	3	465,1/95,2/0,6	417,1/78,7/4,4	300/80,4/3,2	0
11.06	3	3500	3100	4	3	433,7/98,3/1,2	401,8/69,3/4,8	306,4/68,9/3,8	0
14.06	4	3250	3000	5	5	413,6/83,2/1,8	391,8/61,2/7,6	291,8/57,8/7,8	0
18.06	3	3500	3300	4	4	395,8/76,4/2,8	380,6/55,3/6,9	278,9/48,2/7,4	0
21.06	3	4000	3500	3	3	377,3/69/4,3	368,5/51,6/8,9	266,4/41,4/9,9	0
24.06	4	4000	3000	1	1	360,2/60,4/5,3	334/49,2/6,5	248,5/35,7/7,9	0
28.06	3	4000	3000	1	1	351,5/55,1/4,5	312,3/47,9/5,3	235,5/32,4/6,9	0
1.07	3	5000	4000	2	2	335,5/49,5/4,1	294,8/46,1/6,2	226/29,5/8,3	1
4.07	4	4500	3500	3	3	342/47,3/3,2	277,7/41,1/8,2	214,6/24,6/8,6	5
8.07	3	4500	3500	2	1	344,9/46,4/3,2	267,5/37,9/7	205,4/22,1/7,1	5
11.07	3	4500	3500	1	1	346,8/45,8/3,2	257,5/36,8/4,8	195,7/20,4/6,7	5
14.07	4	5000	4000	3	3	326,4/44,2/3,5	247,6/36,5/7,4	185,6/18,7/7,4	5
18.07	3	5000	4500	2	3	316,1/43,3/3	241,7/35,5/6,7	179,6/17,8/6,7	5
21.07	3	5000	4000	3	4	308,43/2,5	235,7/35,1/6,2	173,5/17,1/6,2	5
24.07	4	3500	2500	1	1	316,1/43,3/2,5	243/34,5/4,3	163,5/15,6/6,7	5
28.07	3	-	-	1	1	350,1/48,7/1,6	243,1/35,2/4,9	150,8/13,7/7,8	8

1) Модель экосистемы «Озеро». Компьютерная программа моделирует естественные процессы, протекающие в системе, включающей в себя:

- водоём 200·300 м, разбит на три зоны одинаковой площади 200·100 м - промышленную, среднюю и культурную (со средними глубинами 5 м, 10 м и 5 м соответственно). Нормальным считается уровень воды в озере от 9,8 до 10,2 м;

- прибрежные предприятия: завод, фабрика, база используют воду озера для своих технологических процессов, загрязняя её органикой и неорганикой. Объём забираемой воды равен объёму сбрасываемой. Концентрации органики и неорганики в сбрасываемой воде могут меняться через каждую декаду. Ботанический сад только забирает воду из озера;

- станции ежедневного взятия проб воды. Две из них стационарные - в промышленной и средней зонах, одна передвижная для взятия проб воды при необходимости в культурной зоне;

- гидрометеослужба осуществляет краткосрочный метеопрогноз (до 10 дней): температуры воздуха и воды, осадков, давления и силы ветра. Данные об изменениях погодных условий заложены в игру и остаются одними и теми же, поэтому все игроки оказываются в равных условиях, диктуемых внешней обстановкой;

- служба управления качеством воды осуществляет подкачку чистой воды в промышленную зону (Р), сброс воды из культурной зоны (S), искусственную аэрацию вод (А₁, А₂);

- финансирующий орган: для управления озером на два месяца выделяется 300 условных рублей. Эти деньги расходуются на перекачку воды из расчёта 0,5 усл. руб. за каждые 1000 куб. м и на искусственную аэрацию из расчета 0,25 усл. рублей за повышение концентрации кислорода в одной зоне на 1 мг/л.

2) Характеристика выбранных природоохранных мероприятий.

В распоряжении диспетчера находятся следующие природоохранные мероприятия, которые можно применять для достижения поставленной цели.

Подкачка (Р, м³/сут.) и сброс воды(S, м³/сут.)

Подкачка и сброс воды создают в озере течение из промышленной зоны через среднюю в культурную зону. В результате чего в водоеме происходят процессы разбавления, перемешивания и уменьшения концентраций загрязнителей.

Концентрация органики растёт за счёт сброса сточных вод предприятиями, а убывает за счёт деструкции и разложения. Кроме того, концентрация органики изменяется вследствие перетока воды из одних зон в другие. Однако следует иметь в виду, что чем выше концентрация кислорода в воде, тем сильнее идёт разложение органики с образованием неорганических веществ, значит, увеличивается концентрация неорганики.

Концентрацию неорганики можно понизить только проточностью воды.

Следует учесть, что станции перекачки воды переводятся автоматически на режим подъёма уровня (Р = 5000 м³/сут., S = 0 м³/сут.) или его снижение (Р = 0 м³/сут., S = 5000 м³/сут.), если уровень воды выходит за пределы допустимых норм.

Искусственная аэрация.

Растворенный в воде кислород как расходуется, так и пополняется ввиду нескольких причин. Пополняется кислородом вода за счёт естественной и искусственной аэрации, а также за счет дождевой воды и подкачиваемой чистой воды.

Расход кислорода обусловлен разложением органики и водообменом с предприятиями. Забирая воду, обогащенную кислородом, и сбрасывая воду без кислорода, предприятие уменьшает концентрацию кислорода в воде.

Следует, однако, иметь в виду, что сколь бы интенсивной ни была искусственная аэрация, она не может дать концентрацию кислорода выше предельного насыщения (эта величина зависит от температуры воздуха и атмосферного давления).

Для успешного управления были усвоены закономерности, лежащие в основе водного баланса, превращений и деструкции веществ, насыщения воды кислородом, влияния метеоусловий на экологические процессы.

Концентрацию кислорода в промышленной зоне можно повышать за счёт подкачки чистой воды, тогда как в средней и культурной зонах это следует делать за счёт аэрации, причём аэрация в средней зоне должна быть выше, чем в культурной.

Размещено на Allbest.ru