Моделирование процессов и применение геоинформационных систем
(материал к практическим занятиям)
Все мониторинговые данные должны быть привязаны к определённым объектам. При работе с конкретными объектами активно используются ГИС (географические информационные системы), которые позволяют работать с различными цифровыми картографическими материалами, а также оперативно дополнять их свежими мониторинговыми данными [35]. При движении экологической информации от локального уровня (город, район, зона влияния промышленного объекта и т.д.) к федеральному масштаб картоосновы, на которую эта информация наносится, увеличивается, следовательно, меняется разрешающая способность информационных портретов экологической обстановки на разных иерархических уровнях экологического мониторинга. Так, на локальном уровне экологического мониторинга в информационном портрете должны присутствовать все источники эмиссий (вентиляционные трубы промышленных предприятий, выпуски сточных вод т. д.). На региональном уровне близко расположенные источники воздействия «сливаются» в один групповой источник. В результате этого на региональном информационном портрете небольшой город с несколькими десятками эмиссии выглядит как один локальный источник, параметры которого определяются по данным мониторинга источников.
На федеральном уровне экологического мониторинга наблюдается еще большее обобщение пространственно распределенной информации. В качестве локальных источников эмиссии на этом уровне могут играть роль промышленные районы, достаточно крупные территориальные образования. При переходе от одного иерархического уровня к другому обобщается не только информация об источниках эмиссии, но и другие данные, характеризующие экологическую обстановку. Но стоит отметить, что при использовании ГИС все данные всех масштабов сохраняются на компьютерных носителях и могут быть в дальнейшем использованы.
Создание блока моделей для информационно-аналитической системы управления качеством среды промышленного города потребует практически всего арсенала современной науки. Однако начинать надо с наиболее простых, актуальных и близких к реализации моделей. Таковыми являются стандартные модели, применяемые в экологической экспертизе, которые необходимо настроить или доработать в соответствии с местными условиями и задачами.
Следующими в очереди на реализацию стоят модели, необходимость использования которых уже осознается обществом, но они сложны и требуют затрат на разработку и программную реализацию. Затем идет модельный арсенал ученых-специалистов, который может быть использован для проведения экологической экспертизы или прогнозов. Как правило, эти модели сложны, плохо формализованы (не отчуждаемы) в том смысле, что воспользоваться ими могут только сами авторы.
Такое состояние дел накладывает определенные требования на организацию информационной системы и ее программной среды. Наряду с жестко регламентированными ведомственными и административными каналами информации должны быть и каналы свободного информационного обмена, это позволит:
1. Вести исследовательские работы на основе открытой общественно значимой информации, накапливаемой в системе.
2. Облегчить проведение нестандартных запросов на экологическую экспертизу или разработку экологически чистых технологий.
3. Наладить и формализовать обмен информации между организациями, ее поставляющими, научными и экологическими организациями, ее обрабатывающими, и организациями, ее использующими.
4. Создать предпосылки для дальнейшего развития наукоемкой части информационной системы и соответственно для повышения качества экологической экспертизы и прогноза.
Модели для экспертно-прогностической части информационной системы разрабатываются и включаются в нее по мере развития системы и запросов ее пользователей по договоренности с авторами моделей или их программной реализации. Это позволит иметь заинтересованных в конечном результате исполнителей, способных при необходимости доработать или усовершенствовать методики в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации системы.
В нашей стране наибольшее распространение получила модель профессора М.Е. Берлянда. В соответствии с этой моделью степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников определяется по наибольшему рассчитанному значению разовой приземной концентрации вредных веществ (См), которая устанавливается на некотором расстоянии (хм) от места выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения (Vм), и в приземном слое происходит интенсивный турбулентный обмен. Модель позволяет рассчитывать поле разовых максимальных концентраций примеси на уровне земли при выбросе из одиночного источника и группы источников, при нагретых и холодных выбросах, а также дает возможность одновременно учесть действие разнородных источников и рассчитать суммарное загрязнение атмосферы от совокупности выбросов стационарных и передвижных источников.
Алгоритм и порядок проведения расчетов полей максимальных концентраций изложены в «Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86» и в соответствующих инструкциях к программам расчетов.