Файл: Шпора (4).doc

Мониторинг – это система наблюдений за изменениями в состоянии окружающей среды, которая позволяет прогнозировать развитие этих изменений.

Экологический мониторинг состоит из нескольких частей:

I звено:

Глобальный мониторинг, в пределах всей биосферы на основе международного сотрудничества.

Объектами глобального мониторинга являются:

1. Атмосфера,

2. Озоновый экран

3. Гидросфера

4. Растительные и почвенные покровы

5. Животный мир на Земле.

Характеризуемые показатели для глобального мониторинга:

1. Радиационный баланс

2. Тепловой баланс

3. Газовый состав атмосферы и запыление

4. Загрязнение больших рек и водоёмов

5. Круговорот воды на континентах

6. Глобальные характеристики состояния растительности, почв и животного мира

7. Глобальные балансы углекислого газа и кислорода

8. Крупномасштабные круговороты веществ

II звено:

Национальный мониторинг.

III звено:

Региональный мониторинг.

Объекты двух звеньев:

1. Природные экосистемы

2. Агрономические системы

3. Лесные экосистемы

4. Исчезающие виды животных и растений

Характеризуемые показатели для этих двух звеньев:

1. Функциональная структура экосистем и её нарушения

2. Популяционное состояние растений и животных

3. Урожайность сельскохозяйственных культур

4. Продуктивность лесонасаждений

IV звено:

Локальный мониторинг в пределах отдельного населённого пункта, отдельного предприятия, отдельной популяции живых организмов.

Объектами локального мониторинга являются:

1. Приземный слой воздуха

2. Поверхностные и грунтовые воды

3. Промышленные и бытовые выбросы и сбросы

4. Радиоактивное излучение

5. Отдельные популяции живых организмов

Характеризуемые показатели:

1. Концентрации токсичных веществ

2. Уровни физического и биологического воздействия

Моделирование в экологии.

Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение процессов, протекающих в ней на самой системе требует существенных затрат времени и средств. Получить полную информацию о системе практически невозможно. В подобных случаях процессы и явления, происходящие в системах, стараются изучать на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают свой свойство исходных систем.

---

Моделирование – это воспроизведение характеристик некоторого объекта на другом объекте, специально созданного для его изучения.

Любая модель проще реального объекта. Она отражает не все его свойства и характеристики, а только те, которые интересны нам в данном исследовании.

Перед тем, как использовать модель для изучения объекта необходимо доказать её подобие или адекватность реальному объекту. Существует много статистических методов такого доказательства.

Рассмотрим конкретные типы такого моделирования:

1. Физическое моделирование - это создание уменьшенных копий реальных объектов и систем. Примером физической модели в экологии является аквариум. Основным недостатком такого типа модели является то, что при обратно масштабном переходе, т.е. при увеличении размеров, некоторые закономерности, которые соблюдались на модели, соблюдаться перестают.

2. Концептуальное моделирование – это создание блок-схем, взаимодействие подсистемы процессов в пределах более сложных систем. Примером являются круговороты веществ.

3. Графическое моделирование – это изображение зависимости между переменными в одной из систем координат, чаще всего в прямоугольной декартовой системе. Примером являются графики изменений численности популяций.

4. Математическое моделирование – заключается в формализации поведения систем на основе математических выражений.

Существуют два принципиально разных подхода к математическому моделированию:

1. Формализация заведомо известных процессов, специфика и закономерности которых определены нами на основе наблюдений и экспериментов. Полученные закономерности изображаются в виде графических моделей, а затем, используя методы корреллеционного и регрессионного анализа, получают математические модели. Именно таким методом были получены формулы для расчёта предельно допустимого выброса. Математические модели, в данном случае, представляют собой системы алгебраических уравнений, чаще всего полиномов.

Нужно получить зависимость у(х).

У

х

Провели эксперимент, и для некоторых значений «х» получили экспериментальные точки.

Метод наименьших квадратов для получения модели. Согласно этому методу, кривая выбирается так, чтобы была минимальной, где- количество экспериментальных точек,- экспериментальное значение в точке,- значение модельной теоретической функции в точке.

---

Допустим, в качестве функции мы выбрали линейную, тогда нам нужно определить значения параметрови.

Чтобы функция имела минимум, необходимо, чтобы произведение по параметрам равнялось нулю.

2. Второй подход заключается в выдвижении некоторой гипотезы о поведении системы и подбора математических выражений, описывающих некоторые физические законы, которые удовлетворяют этой гипотезе. Математические модели такого типа чаще всего представляют собой системы дифференциальных уравнений, полных или частных производных или системы интегральных уравнений, которые чаще всего решаются численно, но иногда аналитически, допустим с помощью преобразований Лапласа.

Природные ресурсы и их рациональное использование.

Природные ресурсы и их классификация.

Природные ресурсы – это те средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.

Существует несколько классификаций природных ресурсов. Одна из них – по назначению.

По назначению ресурсы делятся на четыре группы:

1. Пищевые

2. Энергетические

3. Сырьевые

4. Экологические

Наиболее интересна классификация ресурсов по исчерпаемости. По исчерпаемости ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

К неисчерпаемым ресурсам относятся три группы ресурсов:

1. Космические

2. Климатические

3. Водные

Космические ресурсы – это солнечное излучение, энергия приливов и отливов и т.д.

Климатические ресурсы – это атмосферный воздух, энергия ветра, атмосферные осадки и т.д.

Водные ресурсы – это все запасы воды на Земле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на невозобновимые, относительно возобновимые, и возобновимые.

Невозобновимые ресурсы – это ресурсы, скорость расходования которых на много порядков больше скорости возобновления (например, полезные ископаемые).

---

Относительно возобновимые ресурсы – это ресурсы, скорость расходования которых на один-два порядка выше скорости возобновления.

Здесь выделяется два типа ресурсов – это почвы и лесные ресурсы.

Возобновимые ресурсы – это ресурсы, скорость возобновления которых близка к скорости расходования (например, животный мир, большинство растительности, некоторые минеральные ресурсы).

Энергетические ресурсы.

Энергетические ресурсы делятся на возобновимые и невозобновимые.

К невозобновимым относятся уголь, нефть, газ, торф, ядерное топливо, легкие элементы, которые могут быть использованы в термоядерном синтезе: водород, гелий, литий, дейтерий.

К возобновимым энергетическим ресурсам относятся энергия прямых солнечных лучей, энергия фотосинтеза, мускульная энергия, гидроэнергия, ветровая энергия, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия волн, энергия процессов выпадения осадков и их испарения. Основным направлением энергетики должна быть замена невозобновимых ресурсов на возобновимые, однако, в настоящее время, больше всего энергии (60%) производится на тепловых электростанциях, причём, большая часть тепловых электростанций работает на наиболее экологически опасном топливе – угле.

Достоинства тепловых электростанций:

Недостатки тепловых электростанций:

Вторыми по уровню производства энергии идут гидроэлектростанции (чуть меньше 20% производимой энергии). Доля гидроэнергетики в общем производстве падает, хотя в настоящее время это наиболее дешевая энергия.

Достоинства гидроэлектростанций:

Недостатки гидроэлектростанций:

На третьем месте по производству энергии идут атомные электростанции (более 15% всей энергии). Доля атомной энергетики в настоящее время растёт, хотя существенно медленнее, чем 15-20 лет назад.

Достоинства атомных электростанций:

1. Очень высокая энергоёмкость топлива

2. Возможность строительства вблизи потребителя энергии

Недостатки атомных электростанций:

1. Необходимость утилизации или захоронения отработанного ядерного топлива

2. Экологические последствия аварий на атомных электростанциях непоправимы

3. Срок службы атомных реакторов составляет 25-40 лет, после чего их также надо останавливать и утилизировать

Общие инженерные принципы природопользования.

I принцип:

Системный подход к проблемам природопользования и окружающей среды.

---

Природа, как объект деятельности человека, представляет собой чрезвычайно сложную систему. В общем случае, под системой понимается множество элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом в совокупности образующих определённую целостность, единство. Любая система связана с окружающей средой, любую систему можно представить как элемент системы более высокого уровня или как совокупность систем более низкого уровня.

Биологическая система – это выполняющая некоторую функцию структура, которая взаимодействует с окружающей средой и другими системами как единое целое, состоит из подсистем более низкого уровня, непрерывно приспособительно перестраивает свою деятельность по каналам обратной связи и проявляет свойство самоорганизации.

Системный подход предусматривает комплексную оценку воздействия промышленно-технической деятельности общества на природу с обязательным прогнозированием реакции природы на это воздействие.

II принцип:

Принцип оптимизации биосферы.

При оптимизации биосферы главным вопросом является выявление комплексных критериев оптимизации. В общем случае, оптимизация как функция управления должна стремиться к тому, чтобы научно-техническое развитие не вывело биосферу за рамки экологической ниши человека.

III принцип:

Оптимизация природопользования.

Оптимизация природопользования – это принятие наиболее целесообразных решений при использовании ресурсов и природных систем.

IV принцип:

Темпы роста производства должны быть выше, чем темпы роста добычи сырья.

V принцип:

Гармонизация отношений природы и техники.

Эта проблема решается путём создания так называемых геотехнических или природно-технических систем.

Геотехническая система– это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которые в ходе совместного функционирования обеспечивают с одной стороны – высокие производительные и прочие целевые показатели, а с другой стороны поддерживают в зоне своего влияния благоприятную экологическую обстановку.

Схема взаимодействия производства и природной среды в пределах геотехнической системы:

И то и другое воздействие является раскачивающее дестабилизирующим, т.е. обратная связь положительна. Для компенсации в геотехническую систему вводят блок управления. Блок управления по каналам мониторинга собирает информацию о производстве и природной среде, а затем по каналам отрицательной обратной связи осуществляет стабилизирующее воздействие.

---