План лекцій

з курсу «Інформаційні технології в екології»

Розділ 1. Історія екології та екологічні дослідження в Україні.

1. Вплив діяльності людського суспільства на екологічне середовище (сучасний стан ґрунтів України та шляхів його поліпшення, забруднення природних вод та стан повітряного середовища України).

2. Інформаційні технології в екології. Контроль та моніторинг природного середовища України (правові аспекти та державні служби охорони навколишнього середовища, визначення збитків, що завдаються навколишньому середовищу промисловими підприємствами)

3. Визначення антропогенного впливу на довкілля (розрахунок гранично допустимих викидів шкідливих речовин, методи та засоби очищення викидів).

Розділ 2. Методи математичного моделювання в екології та прилади систем екологічного моніторингу

1. Основні принципи та системний підхід до побудови математичної моделі в екології.

2. Елементарні функції та їх застосування в екології.

3. Застосування диференціальних рівнянь до моделювання екологічних процесів.

4. Сенсорні прилади для контролю складу газових та рідких середовищ (напівпровідникові сенсорні прилади, волоконно-оптичні сенсори для виміру фізичних параметрів).

5. Лазери в контрольно-вимірювальній техніці (принципи побудови лазерних аналітичних приладів, приклади застосування).

Розділ 3. Геоінформаційні технології в екологічному моніторингу

1. Вступ. Задачі дистанційного зондування Землі (ДЗЗ)

2. Методи отримання інформації про об’єкти природи.

3. Перелік тематичних задач, що вирішуються із застосуванням методів ДЗЗ.

4. Вимоги до космічної інформації.

5. Технічні засоби і технічні характеристики космічних систем ДЗЗ. Вартість космічної інформації.

6. Вплив процесів енергомасообміну в системі грунт-вода-рослини і формування спектральних характеристик рослинного покрову.

7. Залежність оптичного відгуку рослинного покрову від нафтидогенних процесів.

8. Моделі та спектральні характеристики об’єктів аерокосмічного зондування.

9. Моделювання зв’язків у ландшафтних системах для екологічного моніторингу.

10. Застосування системного підходу до вивчення територій за допомогою ДЗЗ.

11. Оцінка техногенного навантаження та геоекологічного стану природно-техногенних систем.

12. Моделі об’єктів і процесів, пов’язаних з пошуками корисних копалин.

13. Моделювання базових тенденцій формування та розвитку надзвичайних ситуацій гідрологічного характеру.

14. Вплив рослинного покрову на формування басейнового водозбору.

15. Модель прогнозування землетрусів з використанням матеріалів космічного зондування Землі.

16. Методики інтерпретації багатоспектральних даних ДЗЗ для вирішення тематичних задач природокористування.

17. Особливості прогнозування врожайності зернових структур за даними ДЗЗ.

18. Сертифікація методик вирішення задач природокористування із застосуванням ДЗЗ.

Рекомендована література

1. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища. Навчальний посібник, Київ, Знання, 2007, 422с.

2. Добровольський В.В. Основи теорії екологічних систем. Навчальний посібник., Київ, «Професіонал», 2005, 272с.

3. Лаврик В.І. Методи математичного моделювання в екології, Київ, Видавничий дім «КМ Академія», 2002, 203с.

4. Таланчук П.М., Голубков С.П., Маслов В.П. та ін.. Сенсоры в контрольно-измерительной технике, Киев, Техника, 1991, 175с.

5. Таланчук П.М., Голубков С.П., Маслов В.П. та ін. Лазеры в контрольно-измерительной технике, Киев, Техника, 1992, 367с.

6. Белогуров В.П., Майборода Н.Ю. Методические указания для выполнения лабораторних работ по курсу «ГИС в задачах мониторинга», Харьковская национальная академия городского хозяйства, Харьков, 2008, 44с.

7. Монографія «Багатоспектральні методи дистанційного зондування Землі в задачах природокористування», за ред. В.І. Лялька і М.О. Попова, Київ, Наукова Думка, 2006, 357с.

8. Лялько В.І. Стан і перспективи розвитку аерокосмічних досліджень Землі в Україні, Космічна наука і технологія, 2002, 8, № 2/3, с. 29-35

9. Попов М.О. Сучасні погляди на інтерпретацію даних аерокосмічного дистанційного зондування Землі, Космічна наука і технологія, 2002, 8, № 2/3, с. 110-115.

10. Маслов В.П. Физико-технологические проблемы обеспечения работоспособности оптоэлектронных сенсорных приборов при экстремальных условиях, Сенсорна електронiка і мікросистемні технології, 2005, № 1, с. 57—62.

11. Маслов В.П. Перспективні матеріали і технології виготовлення полегшених дзеркал телескопів, Космічна наука і технологія, 2007, 13, № 4, с. 54—61.

Додаткова література

1. Перерва В.М., Левчик Є.И., Архипов А.И. Некоторые аспекты механизма формирования полезного сигнала в оптическом поле ландшафта над залежами углеводорода, Космічна наука і технологія, 2002, 8, № 2/3, с. 187-196.

2. Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений, М.: Логос, 2001, 264с.

3. Шухосанов В.К., Цыбанов А.Г., Ведешин Л.А. Физические основы дистанционного зондирования техносферы из космоса, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов, М: Полиграфсервис, 2004.— с. 374-380.

4. Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии: Пер. с нем. – М.: Мир, 1988. – 343 с.

5. Коротаев Г.К., Еремеев В.Н. Введение в оперативную океанографию Черного моря. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гид­рофизика».  2006. – 382 с.

1. Вплив діяльності людського суспільства на екологічне середовище. Стан повітряного середовища України

В умовах науково-технічного прогресу значно ускладнились взаємовідносини суспільства з природою. Людина отримала можливість впливати на хід природних процесів, підкорила сили природи, почала опановувати майже всі доступні відновні і невідновні природні ресурси, але разом з тим забруднювати і руйнувати довкілля.

За оцінкою Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), із більш ніж 6 млн. відомих хімічних сполук практично використовується до 500 тис. сполук; із них біля 40 тис. мають шкідливі для людини властивості, а 12 тис. є токсичними.

До кінця XX в. забруднення навколишнього середовища відходами, викидами, стічними водами всіх видів промислового виробництва, сільського господарства, комунального господарства міст набуло глобального характеру і поставило людство на грань екологічної катастрофи.

Втручання людини у природні процеси різко зростає і може спричиняти зміну режиму ґрунтових і підземних вод у цілих регіонах, поверхневого стоку, структури ґрунтів, інтенсифікацію ерозійних процесів, активізацію геохімічних та хімічних процесів у атмосфері, гідросфері та літосфері, зміни мікроклімату тощо. Сучасна діяльність, наприклад, будівництво гідротехнічних споруд, шахт, рудників, доріг, свердловин, водойм, дамб, деформація суші ядерними вибухами, будівництво гігантських міст, обводнення і озеленення пустель, та інші повсякденні аспекти діяльності людини, вже викликали значні видимі і приховані зміни довкілля.

Основними забруднювачами повітря України є підприємства чорної металургії (33 % ), енергетики (ЗО %), вугільної промисловості (10 %), хімічної та нафтохімічної промисловості (7 %).

Щорічно по всій Україні в атмосферу виділяється близько 17 млн. тонн шкідливих речовин.

Понад третину всіх промислових викидів шкідливих домішок у повітрі припадає на теплові станції, які використовують паливо.

Більше третини загального обсягу шкідливих викидів в атмосферу дає автотранспорт — 6,5 млн. тонн на рік. В Євпаторії та Ужгороді згаданий показник складає 91 % від загальної кількості викидів.

Встановлено два нормативи забруднення повітря: максимально-разова і середньодобова гранично допустима концентрація (ГДК).

Максимально-разова ГДК необхідна для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, зміни біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей тощо) при короткотривалому впливі забруднювачів (до 20 хв.), а середньодобова — з метою попередження їхнього резорбтивного (загальнотоксичного, канцерогенного, мутагенного та ін.) впливу.

Найбільший внесок у викиди сірчистого ангідриду дають підприємства енергетики, чорної металургії та вугільної промисловості (їхня частка складає 80 % викидів).

У викиди оксидів азоту головний внесок — 72 % — дають підприємства енергетики та металургії.

Підприємства хімічної, нафтохімічної і газової промисловості дають найбільший внесок — 43 % — у викиди вуглеводнів.

Для оцінки впливу забруднювачів на здоров'я населення потрібно користуватися не лише максимально-разовими і середньодобовими ГДК, які регламентують вміст хімічних речовин у повітрі населених пунктів, але й показниками, які характеризують вміст шкідливих речовин за тривалий період (місяць, рік). Підставою для цього є те, що невеликі концентрації речовин при тривалій дії справляють такий же негативний ефект, як і висока концентрація за короткий проміжок часу.

Встановлено, що довготривале забруднення атмосферного повітря сірчистим газом, окисами вуглецю, азоту та іншими речовинами шкідливо впливає на здоров'я людей. При цьому може збільшуватися загальна захворюваність населення, обумовлена ураженням окремих органів і систем організму.

На території України функціонує 1500 підприємств, що викидають в атмосферу шкідливі речовини. Загальна кількість відходів щороку збільшується на 12 млн. тонн.

Найбільш високе забруднення атмосферного повітря характерне для Донецького і Придністровського регіонів України, а також навколо обласних центрів.

У нашій державі вживаються заходи щодо зниження викидів в атмосферу шляхом оснащення джерел викидів шкідливих речовин пилогазоочисними установками. Здійснюється заміна або реконструкція застарілих пилогазоочисних установок, впровадження мало- та безвідходних технологічних процесів та інше. Одне з провідних місць у забрудненні атмосфери займає транспорт. Так, більше 40 % оксиду вуглецю, 46 % вуглеводнів і близько 30 % окисів азоту від загальної кількості цих речовин, які потрапляють в атмосферу, припадає на транспорт. Загальний обсяг шкідливих викидів автотранспорту — 2,7 млн. тонн на рік. В Україні викиди автотранспорту становлять близько 27 % від всього об'єму викидів забруднюючих речовин.

В країні залишається нерозв'язаним питання із встановленням на автомобілях нейтралізаторів вихлопу, виробництвом дизельного палива з антидимовими присадками та пониженим вмістом сірки, бракує сучасних контрольних приладів, неетильованих марок пального. Питома вага викидів від стаціонарних джерел та автотранспорту в Дніпропетровській, Донецькій, Запорізькій, Луганській областях від загальних в Україні становить відповідно 68 та 45%. У більш ніж половині областей автотранспорт — основне джерело забруднення повітряного середовища. Високий рівень забруднення спостерігається в 13 містах України, котрі розташовані в Донецькому (Донецьк, Краматорськ, Єнакієве, Горлівка, Макіївка, Маріуполь, Алчевськ, Слов'янськ, Луганськ, Дзержинськ), а також в Придніпровському (Запоріжжя, Одеса, Кривий Ріг) промислових регіонах. Такий рівень зумовлений підвищеним вмістом специфічних шкідливих речовин, а також вмістом діоксиду азоту й пилу.

Повільно впроваджується реконструкція й модернізація шкідливих виробництв. Так, з 50 доменних печей в Україні 46 експлуатуються понад 30 років. З 80 мартенівських печей 68 працюють такий же термін.

Встановлено, що довготривале забруднення атмосферного повітря сірчаним газом, окислами вуглецю, азоту та іншими речовинами шкідливо впливає на здоров'я людини. Через це може збільшуватися загальна захворюваність населення, яка зумовлена ураженням окремих органів і систем організму — легеневої (пневмонія, бронхіальна астма та інші неспецифічні хвороби легень) та серцево-судинної (гіпертонічна хвороба) систем.