Тема 9 Оформлення та зміст проекту нормативів гдв забруднюючих речовин у атмосферне повітря Практичне заняття 9 (№ зан. 23) – Задачі з оцінки екологічних процесів у ґрунтах
Одним із найважливіших підходів до визначення та інтегральної оцінки впливу пестицидів на здоров'я населення є вивчення динаміки їх поширення і трансформації в різних середовищах, у тому числі в ґрунтах.
Теоретичною моделлю розчинення, перенесення, поглинання й розпаду пестицидів у ґрунтах у разі одновимірного руху розчину в пористому середовищі є рівняння дифузії:
де D = DM +X\V\ — дифузійна складова; а — коефіцієнт швидкості розпаду пестициду;
U — концентрація пестициду в розчині; V — швидкість фільтрації; db/dt — швидкість розчинення пестициду у воді; f(х) — функція поглинання пестициду кореневою системою.
Для квазістаціонарного випадку, коли V не залежить від х і m0 = const, швидкість фільтрації розраховується з умови
Кінетику процесу розчинення і розпаду можна описати рівнянням першого порядку:
де k1 ,v — константи розпаду в твердій фазі (в сухих ґрунтах); Um — концентрація насичення;
b — концентрація пестициду в твердій фазі ґрунтів.
Точкові моделі. На сьогодні часто обмежуються розглядом «точкових» моделей, хоч таке спрощення може бути вкрай небезпечним: усереднюючи поведінку пестициду в просторі, тим самим не враховують можливість нагромадження його в окремих точках простору вище за норми гранично допустимих концентрацій (ГДК).
Виходячи з механізму явищ, основаного на тому, що процес розкладу речовини в ґрунтах здійснюється пропорціонально поточній концентрації цієї речовини, а весь комплекс факторів, що діє на зміну концентрації пестицидів і радіонуклідів у часі, виражається через усереднений коефіцієнт к, кінетику розпаду пестицидів можна описати рівнянням
розв'язок якого має вигляд
де U(t) — кількість пестициду на момент часу t; Uo — початкова концентрація пестициду; k — константа швидкості реакції розпаду пестициду; t — час.
Основним параметром хімічної кінетики є швидкість її реакцій, що обчислюється як
U(t) Час деструкції пестициду характеризується періодом напіврозпаду.
Означення 5.1. Період напіврозпаду Тt /2 — це проміжок часу, протягом якого початкова концентрація речовини зменшується вдвое Знаючи k, період напіврозпаду обчислюється за формулою
Т1/ 2= 0,693 /k. (5.16
Означення 5.2. Час розпаду до безпечних концентрацій — проміжок часу, протягом якого початкова концентрація речовини зменшується до рівня ГДК, тобто U(t) ==UГДК. З рівняння (5.14) випливає, що час розпаду пестициду
Приклад 5.3. Початкова концентрація Uo будь-якого пестициду, приклад рогору, в цукрових буряках дорівнює 12,5 мг/кг, UU) — гранично допустима концентрація рогору для цукрових буряків стансі, вить 1 мг/кг. Експериментально встановлено, що k = 0,182 доби Звідси обчислимо час розпаду до безпечних концентрацій для рогору від дня взяття проби:
За природних умов константа розпаду може залежати від різних факторів, до яких належать: фізико-хімічні властивості препарату(молекулярна маса, температура плавлення або кипіння, розчинність! у воді та жирах, стійкість при різних РН, леткість); фізико-хімічні властивості грунту (вміст гумусу, середня температура грунту, рН, вологоємкість, механічний склад, кількість фосфорних сполук, вміст азотних сполук, мікроорганізми); умови обробки ґрунту (кількість і спосіб внесення препарату, його товарна форма, кратність обробки, вид покривної культури); кліматичні умови (температура атмосферного повітря, його відносна вологість і швидкість вітру, кількість опадів та їх періодичність) та деякі інші фактори, що впливають на швидкість розпаду певного пестициду.
Виходячи з цього, рівняння (5.13) запишемо в різницевій формі:
або
де a = (1- tk(е„...,ея));
1,..., n — параметри природних елементів, від яких залежить константа розпаду.
Різницеві рівняння (5.19) або (5.20) можуть бути використані для знаходження точніших моделей про зміну концентрації пестицидів у часі під дією різних факторів навколишнього середовища. Для цього використовують методи групового врахування аргументів.
Приклад 5.4. Прогнозована величина С(t) — концентрація далапону в ґрунті. Вхідні змінні — концентрація даної речовини в початковий момент C(t0), рН ґрунту і час t з моменту внесення далапону в ґрунт. Вихідна величина та права частина вибрані як:
У результаті обробки даних за алгоритмом МГВА знайдено такі моделі:
а також
Похибка прогнозу становить 15 %.
Пестициди за оцінкою експертів належать до складу небезпечні:
- оціночний бал
Практичне №11
Моделі міграціі у грунтах
Існує задача,що визначає f залежності від С,Т, кліматичні умови.
Так,дослідження поведінки ВМ і пестицидів показами експоненціальну залежність лінійних реакцій. Детально не можливо,тому що окремі прості реакції за сукупністю ефектів відповідно до закону діючих має .Вихідні Данні моніторингу-це сукупний ефект трансформації і транс локації у системі
“ грунт-рослини-вода-повітря”
Імперичне і хронічне забруднення неогран сполучень розглядаються на базі балансової оцінки шляхів в міграції ВМ у системі “ грунт-вода-повітря-біота” за кругообігом речовин за моделлю Енгельгарда .
ВМ: зменшення рухомих форм
r-const швидкості виведення Ме (0-20)см грунту
у глибині змінюється залежність
- рівняння Коллера
Час як итоксикологічний показник
Вивчення рухомості- коєфіціент-імобілізіції-мобілізації
- рухомість при певних заходах
Практика№13
Оцінка стану природних грунтів
Методи моделювання для ідентифікації моделі
за данними натурних спостережень
Методи самоорганізації;
Сплайн-апроксимації
Ієрархічні моделі експертно-логічних систем ПР
Цей принцип передбачає пошук моделі оптимальної складності за зовнішніми критеріями :min критерію визначає модель;
За умови стохастичності зовнішньго середовища і наявності детермінованої інформичні???? Моделювання екологічних процесів на підставі сплайн-функцій,множина залежностей ,зумовлену стохастичним параметром середовища
Для аналізу стану довкілля за моніторингом і прогнозування за допомогою ієрархічної експертно-логічних моделей ПР
Загалом це
Y-вихідний вектор
-матриця вхідних даних
За експериментальними даними реалізується методи прямого моделювання
За принципом евристичної самоорганізації з розв’язанням 2 задачи:
1)визначення структури структури оператора при виконанні алгоритма метода групового врахування аргументів МГВА
2)оцінки параметрів оператора
За МГВА силою масової селекції повний опис об’єкта
Де -невідома функція з кількома рядами “частинних” описів
Як оцінюють за критеріями селекції на другий ряд,де -вхідні змінні
…………………………………………………………..
Структура алгоритму самоорганізації у вигляді відображення,
Частинний опис: яке переводить на кожному r-му кроці множину
в (вектор r-ряда)
Багатомірний процес – S мережа з дугами
З вершинами поліноміальних алгоритмів МГВА визначається за МНК
Тренди тільки на 1-ому кроці, далі прописується залишок:
Рj оператори ортогонального проектування поєднуються:
- суперпозиція операторів
значення за виділенням трендів
Розв’язок за МГВА