Анализ переносов загрязнений в атмосфере, реках, подземных водах, почве.

Методика ОНД-86 позволяет выполнение расчетов и построение изолиний концентрации загрязняющих веществ на основе решения полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии с введением ряда упрощений в виде коэффициентов.

Производится расчет ПДВ, исходя из максимально возможных при земных концентраций при наихудших условиях рассеяния 5% повторяемости. В этой программе не предусмотрен расчет полей загрязнения при конкретных метеоусловиях.

Наиболее часто составляются карты загрязнения атмосферного воздуха. Для их составления необходимо учитывать следующие факторы:

1.Источники загрязнения воздуха: выбросы промышленных предприятий (обычно через трубы), загрязняющие вещества, попадающие в воздух с поверхности почвы, городских покрытий и др., трансграничные загрязнения. Для изучаемой территории необходимо представить объемы и характер каждого типа загрязнения.

2.Далее необходимо учитывать характер распространения каждого вида загрязнителя в воздушной среде, время пребывания загрязнителей в воздухе, характер метеорологических процессов (циркуляция, стратификация, скорость ветра и др.). Расчеты переносов загрязнений в воздухе производятся с помощью различных моделей, например ОНД-86 и ее модификаций. Важно понимать, что концентрация загрязнителей вокруг очага загрязнения отвечает гиперболической зависимости, то есть сначала она убывает быстро, а затем все медленнее (рис. 2.11).

Часто приходится рассматривать ситуации, связанные с выбросами загрязнений в атмосферу из заводских труб. Выбросы могут быть разовыми (например залповые выбросы) и постоянными. На рис.2.12 изображена ситуация при залповом выбросе. В период времени t₁ концентрация поллютантов максимальна у трубы вдоль по ветру, а впоследствии – t₂, t₃, t₄ - ареал загрязнения смещается в соответствии с направлением ветра, расползаясь в пространстве, что сопровождается уменьшением концентрации. Правая часть рисунка (В) дополняет картину изображением ситуации по профилю.

Рис. 2.12. Распространение загрязнений из заводской трубы (залповый выброс)

При постоянном выбросе (рис. 2.13) максимум все время у трубы (со смещением по ветру), а ареал распространения поллютантов захватывает все большее пространство до установившегося состояния – момент времени t₄.

Рис.2.13. Распространение загрязнений из заводской трубы (постоянные выбросы)

2.5.Роль геотопологического анализа в интерполяции и экстраполяции экологических характеристик.

Точек наблюдений на территории немного (метеорологические станции и посты, полустационары и др.), поэтому для получения площадной картины необходимы интерполяция и экстраполяция значений, полученных в точках.

Математическая интерполяция в прямом виде невозможна, поскольку природная дифференциация между точками очень велика. Выведено соотношение G G G (Боков, 1991; Черванев, Боков, Тимченко, 2004), которое показывает, что градиенты на локальном уровне выше, чем на региональном, а на последнем выше, чем на глобальном. Иными словами, чем крупнее масштаб, тем выше пространственные градиенты.

Для территориальной интерполяции можно использовать два подхода: континуальный и дискретный. При континуальном подходе предполагается, что доминируют плавные изменения характеристик, которые могут быть линейными или нелинейными. Дискретный подход необходимо использовать в том случае, елси есть основания считать, что имеют место резкие пространственные изменения (разрывы) параметров. Эти изменения обычно происходят на границах ландшафтов. В последнем случае используется ландшафтно-географическая интерполяция, в основе которой находится выделение геосистем соответствующего ранга (на каждом уровне свой тип геосистемы) и в их пределах определение пространственных различий (трендов и пр.).

На крупных уровнях интерполяция сопровождается пространственным сглаживанием характеристик. Например, производится выделение южного макросклона Крымских гор как единого целого со сглаживанием неоднородностей (фоновая поверхность). Для него определяется сглаженное значение атмосферных осадков и других климатологических и гидрологических характеристик.

Любой более крупный уровень по отношению к рассматриваемому уровню выступает в качестве фонового. Фон задается плоскостным распределением (прямой или криволинейной плоскостью, а на профиле – линией). Изменение в пределах фона обязательно должно иметь меньший градиент по отношению к пространственному изменению в пределах рассматриваемого уровня.

Рассмотрим, например, как можно рассчитать распределение прямой солнечной радиации по юго-юго-восточному и северо-северо-западному макросклонам Крымским гор. Их крутизна равна соответственно 7 град. и 3 град. Сначала определяем трендовую поверхность изменения прямой радиации в пределах Крыма и прилегающих территорий. Прямая радиация увеличивается с северо-северо-запада на юго-юго-восток. Зависимость прямой радиации (S) от широты () выражается функцией вида

S = а + b, где а и b эмпирические коэффициенты.

Изменение прямой радиации по широте невелико. Оно значительно меньше по сравнению с изменениями, связанными с рельефом, прежде всего склонами, а также с облачностью. Для Крымских гор в целом выделяем три основных плоскости рельефа: северный (точнее северо-северо-западный) макросклон, южный (точнее – юго-юго-восточный) макросклон, яйлы (почти горизонтальная плоскость). Для каждого из них можно рассчитать поступающую прямую радиацию, исходя из крутизны и экспозиции поверхностей: на С меньше на 3%, на Ю больше на 6%. На яйлах, как можно понять, изменений по сравнению с зональным трендом не будет. Наносим эти отклонения на линию тренда. Линия становится ломаной.

Выделим склоны следующего порядка – крупных массивов (Чатырдага и пр.). У них средняя крутизна склонов будет больше (в соответствии с законом G G G ). В соответствии с этим линия становится еще более ломаной.

Склоны более мелкого уровня в среднем становятся еще более крутыми, что приводит к еще большим искривлениям линии.

Атмосферные осадки. Их распределение зависит от многих факторов: высоты над уровнем моря (H), барьерного эффекта (B), относительной высоты по отношению к окружающей территории (в радиусе 6-10 км) ( H = Н - Н ), облесенности территории (в пределах 20-30 км) (F), расчлененности территории (R), расстояния до осевой части гор (L). Расчлененность территории в предeлах одного типа горной системы (какой является Крымские горы) хорошо коррелирует с высотой над уровнем моря, поэтому этот фактор можно опустить. Расстояние до осевой части гор в целом неплохо коррелирует с высотой над уровнем моря. Однако, если пункт находится в долине, то есть находится на небольшой высоте, то эта связь нарушается. Вопрос решается, если учесть относительную высоту территории. В этом случае пункты, находящиеся в долинах и сравнительно близко к осевой части гор, имеют отрицательную относительную высоту, то есть тем самым учитывается комплекс признаков. Для учета барьерного эффекта профиль осадков можно описать синусоидальной функцией со сдвигом. Но наличие плосковершинных поверхностей на яйлах приводит к уменьшению осадков на них и осложняет функцию.

Таким образом, необходимо учитывать следующие факторы:

1.Высота над уровнем моря. Необходимо рассчитать высотный градиент и по нему расчитывать величину осадков в любой точке.

2.Барьерный эффект. Поскольку доминирующими влагонесущими потоками являются северо-западные и юго-западные, можно было бы использовать синуосоидальные функции для этих двух направлений. Однако можно поступить проще: производить интерполяцию осадков по каждому из направлений, используя величины осадков на метостанциях в соответствующих секторах гор (эти величины уже как бы включают барьерные эффекты) и высотные градиенты.

3.Относительная высота пункта. Роль этого фактора рассчитывалась на основе графика зависимости осадков от него. Зависимость носит прямой характер, то есть чем больше разница Н - Н , тем больше осадков.

Ключевым вопросом является нахождение для каждого пространственного уровня адекватного фона, то есть фона с достаточной степенью точности описывающего каждый пространственный уровень. Как рассчитывается фон?

1.На основе графических методов (метод скользящего окна) и аналитических функций (полиномов и пр.), методом регрессии, аппроксимацией той или иной зависимостью.

2.Он может быть дан на карте мелкого масштаба. Нужно при этом быть уверенным, что автор произвел интерполяцию правильно.

3.Для построения фоновой поверхности на исследуемой территории проводится необходимое число линий-профилей, по которым производится последовательный расчет каждого климатологического и гидрологического параметра с нанесением интегральной линии. Число линий-профилей зависит от требуемой точности. Затем соединяют точки с одинаковыми значениями на соседних профилях.

4.По космическим снимкам, по аэрофтоснимкам – в этом случае происходит как бы генерализация и снятие мелочей, деталей.

Морфодинамический анализ позволяет решить две задачи интерполяции и экстраполяции: прямую и обратную. Прямая задача: установить как характеристики местоположения влияют на свойства ландшафта (геосистемы). Прямая задача решается в ходе наблюдений на репрезентативных участках, в которых проводят наблюдения за соотношениями местоположений и характеристиками ландшафта.

Обратная задача: определение (диагноз и прогноз) показателей, характеристик в пределах, не охваченных непосредственными наблюдениями элементарных ландшафтов с учетом полученных при решении прямой задачи корреляций между качествами ландшафта и геотопологическими параметрами, внешними и внутренними факторами.

Для этого распространяют данные, полученные при решении прямой задачи на некотором количестве точек, на другие территории.

Более подробно о методах пространственного анализа см. в учебном пособии:

Боков В.А. Пространственный анализ в территориальном планировании. – Симферополь: Таврический нац. ун-ет, 2003.

Роль местоположений в пространственной дифференциации ландшафтной среды, климата и гидрологических условий стала изучаться еще сто лет назад в работах Г.Н.Высоцкого, несколько позже в работах Р.Гейгера, Л.Г.Раменского, Б.Б.Полынова и других ученых. В обобщениях сотрудников ГГО (Микроклимат ССС, 1967; Романова, 1977 и др.) было показано, что климатические различия между контрастными по микроклимату соседними участками соответствуют изменению метеорологических величин на 10 градусов широты и на 1000 м высоты. Такие большие горизонтальные контрасты связаны с экспозиционными инсоляционными различиями, перераспределением по склонам влаги и минеральных частиц.

Дата добавления: 2015-09-06