Нормативне забезпечення оцінювання параметрів екологічно відновлювальних процесів водних середовищ

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

УДК 006:502/504

Нормативне забезпечення оцінювання параметрів екологічно відновлювальних процесів водних середовищ

Спеціальність 05.01.02 - стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луців Наталія Василівна

ЛЬВІВ 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Львівському інституті економіки і туризму Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор фізико-математичних наук, професор Юзевич Володимир Миколайович, провідний науковий співробітник відділу електричних вимірювань фізичних величин Фізико-механічного інституту НАН України, м. Львів

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Погребенник Володимир Дмитрович, професор кафедри “Захист інформації” національного університету “Львівська політехніка”, м. Львів

кандидат технічних наук, доцент Друзюк Василь Миколайович, генеральний директор державного підприємства “Львівський науково-виробничий центр стандартизації, метрології та сертифікації”, м. Львів

Захист відбудеться 29 жовтня 2010 року о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Національному університеті «Львівська політехніка» за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. С. Бандери, 12, ауд. 226 головного корпусу

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету «Львівська політехніка» (м. Львів, вул. Професорська, 1)

Автореферат розісланий «28» вересня 2010 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д. т. н., проф. Луцик Я. Т.

заповідний озеро екологічний

АНОТАЦІЯ

Луців Н. В. Нормативне забезпечення оцінювання параметрів екологічно відновлювальних процесів водних середовищ. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02. - стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення.

Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2010.

Дисертація присвячена дослідженню екологічної інформації, отриманої засобами екологічної лабораторії у водному середовищі озерної екосистеми. Визначено набір основних приладів і параметрів (фізико-хімічних, гідробіологічних і гідротермічних) для водних середовищ в озерознавстві.

Сформовано основні параметри і балансові співвідношення для імітаційної математичної моделі, яка описує відновлювальні процеси у водному середовищі. Розроблено концептуальну основу введення множини діагностичних ознак і відповідний алгоритм, які дозволяють оптимізувати інформацію для оцінки якості функціональних властивостей системи приладів екологічної лабораторії.

Розроблено алгоритм аналізу надійності всієї інформації (екологічного характеру для водоймищ, які знаходяться поблизу об'єктів нафтогазовидобувної промисловості) і оцінювання зв'язків в системі «ризик - небезпека» на основі термодинамічного підходу.

Введено факторні індекси, що характеризують якість водного середовища, З їх допомогою проведено оцінку темпів відновлювальних процесів, і на прикладі даних для озера Світязь встановлено градації екологічного ризику.

Розроблено проект стандарту «Вимоги до компетентності екологічних лабораторій».

Ключові слова: екологічно відновлювальні процеси, озерознавство, стандарти, екологічна інформація, еколого-економічні показники, функціонал якості, алгоритм оцінювання ризиків.

АННОТАЦИЯ

Луцив Н. В. Нормативное обеспечение оценивания параметров экологически восстановительных процессов водных сред. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 - стандартизация, сертификация и метрологическое обеспечение.

Национальный университет «Львовская политехника», Львов, 2010.

Диссертация посвящена исследованию качества экологической информации, полученной средствами экологической лаборатории в водной среде озерной экосистемы. Определено набор основных приборов и параметров водных сред и на этом основании оценено качество экспериментальных исследований водного и гидрохимического режимов озер.

Предложена процедура отбора проб воды в озере и элементы соответствующей имитационной математической модели для описания балансовых процессов в водной среде озера. Внедрение стандарта ДСТУ ISO/IEC 17025:2005 позволило определить необходимое количество документов (инструкций, методик и процедур) для обеспечения отбора проб и эффективного функционирования системы качества лаборатории экологического мониторинга с заданной компетентностью в соответствии с требованиями озероведения и экологического менеджмента.

Введена с системой аксиом векторная функция полезности набора приборов, а также показатель безотказности и информационный показатель изменения качества приборов, которому отвечает функционал качества. Для функционалa качества сформирована последовательность действий и схема экологической экспертизы.

Разработана математическая модель системы защиты испытательной экологической лаборатории с учетом критериев качества и методов оптимизации. Конкретизированы эколого-экономические показатели эффективности развития природоохранной деятельности для заповедных территорий.

Разработана концептуальная основа введения диагностических признаков, соответствующий алгоритм, а также метод нечеткого логического вывода, которые позволяют оптимизировать информацию для оценки качества функциональных свойств системы приборов экологической лаборатории.

Разработан алгоритм анализа надежности всей информации (экологического характера для водоемов, которые находятся вблизи объектов нефтегазодобывающей промышленности)) и оценивания связей в системе «риск - опасность» на основе термодинамического подхода. В этом плане формируются рекомендации относительно управления риском, которые приводятся до принятия решений природоохранного характера в озероведении.

Для каждого набора концентраций неконсервативных загрязняющих веществ в водоеме вблизи объекта нефтегазодобывающей промышленности установлено определенное интервальное значение критериальной функции принятия решений природоохранного характера. Модель с учетом норм биологической системы и состояния неживой природы дает возможность оценить уровни экологического риска.

Сформированы основные параметры и балансовые соотношения для моделирования гидробиологических и гидротермических процессов в озере. Перенесение неконсервативных примесей и биологических веществ реализуется на фоне гидродинамических процессов.

Введены факторные индексы, которые характеризуют качество водной среды, также интегральный показатель отклонений, с помощью которого проведена оценка темпов восстановительных процессов, и на примере данных для озера Свитязь установлены градации экологического риска.

Разработан проект стандарта «Требования к компетентности экологических лабораторий».

Ключевые слова: экологически восстановительные процессы, озероведение, стандарты, экологическая информация, эколого-экономические показатели, функционал качества, алгоритмы оценивания рисков.

SUMMARY

Luciv N. V. Normative providing of evaluation of parameters ecologically restoration processes of water environments. - Manuscript.

The dissertation is presented for gaining the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on the speciality 05.01.02. - Standardization, Certification and Metrological Supply.

“Lviv Polytechnic” National University, Lviv, 2010.

The dissertation is devoted to research quality of ecological information, ecological laboratory got facilities in water environment of lacustrine ekosystem. Procedure of sampling water in a lake and elements of the proper simulation mathematical model is offered for description of balance processes in the water environment of lake. Conceptual basis of introduction of plural of diagnostic signs is developed, which allow to optimize the proper algorithm and method of unclear inferencing information for the estimation of quality of functional properties of the system of devices of ecological laboratory.

The algorithm of security of all of information (ecological character for reservoirs which are situated near the objects of industry of oil and gas booty) and evaluation of connections analysis is developed in the system «risk is a danger» on the basis of thermodynamics approach.

Factor indexes which characterize quality of water environment are entered, and also integral index of rejections, which the estimation of rates of restoration processes is conducted by, and on the example of information for the lake of Svityaz gradations of ecological risk are set.

The project of standard of «Requirement to the competence of ecological laboratories» for organization of activity of ecological laboratory in limnology is developed.

Key-words: ecologically restoration processes, standards, ecological information, ecological-economical indexes, functional of quality, risks estimation.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Отримання оперативної і точної інформації про стан водних екосистем неможливе без сучасних засобів вимірювальної техніки (ЗВТ), доповнених метрологічним забезпеченням, стандартами, методиками та іншими нормативно-технічними елементами. Стан водного середовища озер контролюють засобами екологічних лабораторій (ЕЛ). Але, незважаючи на велику кількість міжнародних і гармонізованих з міжнародними вітчизняних стандартів, підхід до удосконалення нормативно-технічного забезпечення ЗВТ, з допомогою яких контролюють фізико-хімічні параметри озерних екосистем, потребує подальшого розвитку. Особливе значення мають природні озера заповідних територій (біорезерватів), оскільки водне середовище в них є своєрідним еталоном чистоти довкілля.

Чотири серії міжнародних стандартів ISO 9000 «Управління якістю», ISO 14000 «Управління навколишнім середовищем», OHSAS 18000 «Розробка систем управління охороною здоров'я і безпекою персоналу», SA 8000 «Вимоги щодо управління правами людини в робочому середовищі» утворюють основу TQM - Total Quality Management - Всеохоплюючого менеджменту на основі якості, а в комплексі з міжнародними стандартами Code Corporation вказані серії стандартів формують основу TGM (Total General Management - Всеохоплюючий корпоративний менеджмент).

Принципи «Всеохоплюючого корпоративного менеджменту» на сучасному етапі безпосередньо стосуються розв'язання екологічних проблем, зокрема стандартизації та сертифікації у сфері екології водних систем. Наприклад, визначення параметрів озерних екосистем передбачає виконання таких етапів: якість водного середовища аналізується за даними вимірювань екологічної лабораторії, отримані показники зіставляються зі стандартами, сертифікація ЕЛ відбувається згідно з вимогами комплексу стандартів. Причому концептуальне бачення якості в озерознавстві конкретизуємо і формулюємо як якість водного середовища і якість та надійність інформації, отриманої засобами екологічних лабораторій.

Результат оцінювання параметрів водної системи озера повинен бути оформлений таким чином, «щоб сприяти у компетентному визначенню і подачі для широкої громадськості екологічної інформації». Тут виникає комплексна проблема компетентності інформації і лабораторії (ЕЛ), з допомогою якої отримали цю інформацію.

Для досягнення достатньої компетентності ЕЛ доцільно використати деякі положення міжнародного стандарту «Загальні вимоги до компетентності випробувальних та калібрувальних лабораторій» (ISO/IEC 17025:2005). Гармонізований з ним стандарт України ДСТУ ISO/IEC 17025:2006. Загальновизнано, що одним із найсуттєвіших проявів мудрості сучасної людини є її екологічна компетентність (М. М. Кисельов, український філософ).

Для підтвердження компетентності екологічної інформації доцільно використати методи оптимізації нормативної документації. На даному етапі розвитку суспільства важливими і актуальними є питання впорядкування та вдосконалення існуючої нормативно-технічної бази, яка прямо чи опосередковано стосується екології водних (озерних) систем.

Отже, розроблення нових стандартів, удосконалення чинної нормативно-технічної документації стосовно екології водних середовищ (озер), приведення у сфері озерознавства рівня вітчизняних вимог у відповідність до рівня європейських та міжнародних норм, а також встановлення меж зміни параметрів водної системи для забезпечення екологічно відновлювальних процесів - важлива та актуальна задача, яка потребує якнайшвидшого розв'язання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до планів наукової діяльності кафедри “Менеджменту, товарознавства і експертизи товарів” Львівського інституту економіки і туризму, в рамках науково-дослідної теми: «Дослідження проблем управління якістю продукції, процесів i послуг: нормативно-технічне регулювання, формування якості, екологічної безпечності в контексті європейської інтеграції України» (№ державної реєстрації 0110U002385, 2010-2015 рр., відповідальний виконавець).

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є розроблення науково обґрунтованих рекомендацій удосконалення нормативного забезпечення та якості екологічної інформації озерних екосистем.

Для реалізації мети дисертаційних досліджень були поставлені такі основні завдання:

- дослідити сучасний стан міжнародного та вітчизняного забезпечення якості екологічної інформації для озер заповідних територій;

- проаналізувати вимоги стандартів та інших нормативних документів щодо оцінювання якості екологічної інформації та відповідних послуг в озерознавстві;

- розробити моделі опису екологічно відновлювальних процесів у водному середовищі озер заповідних територій;

- вдосконалити методи оцінювання якості екологічної інформації на прикладі прісних озер біорезерватів.

- розробити рекомендації щодо побудови оптимальної номенклатури показників якості екологічної інформації;

- розробити рекомендації до стандарту на методи оцінювання якості екологічної інформації та відповідних послуг в озерознавстві.

Об'єкт дослідження: процеси функціонування озера як екологічно чистої природної системи.

Предметом дослідження є нормативне забезпечення оцінювання параметрів екологічно відновлювальних процесів водних середовищ.

Методи досліджень. У дисертаційній роботі використано методи проведення комплексних досліджень, які ґрунтуються на аналізі та синтезі вимог законодавчих та нормативних документів із забезпечення якості в сфері екології і захисту інформації. Використано статистичні методи відбору та опрацювання інформації, елементи теорії векторного аналізу, теорії експертного оцінювання, теорії корисності, теорії багатофакторного аналізу, математичне моделювання, елементи системного аналізу та оптимізації.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше запропоновано поєднати методи оцінювання якості водного середовища та якості інформації про дане середовище в межах одного нормативного документу, що дозволяє отримати їх числову інтегральну оцінку.

2. Запропоновано та обґрунтовано проект стандарту “Вимоги до компетентності екологічних лабораторій”, в основу якого покладено методику розрахунку факторних індексів та параметрів, які характеризують гідрофізичні, гідрохімічні та гідробіологічні процеси водних середовищ, що забезпечило підвищення достовірності інформації, отриманої з екологічних лабораторій.

3. Введено з системою аксіом векторну функцію корисності набору пристроїв екологічної лабораторії, а також показник достовірності й інформаційний показник зміни якості, якому відповідає функціонал якості і для нього сформовано послідовність дій і схему екологічної експертизи, висновки якої дають змогу оптимізувати функцію екологічних втрат.

4. Розроблено модельний підхід і отримано аналітичні співвідношення, в яких еколого-економічні показники застосовуються для регулювання природоохоронної діяльності комплексу господарської діяльності та нормування стану довкілля з допомогою інтегрованої системи управління підприємствами, що дозволило дати рекомендації щодо зменшення інтенсивності антропогенного забруднення озер.

5. Виявлено нові закономірності зміни гідрофізичних, гідрохімічних та гідробіологічних параметрів, які характеризують водне середовище озер.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено проект стандарту “Вимоги до компетентності екологічних лабораторій”, який дає змогу підвищити вірогідність екологічної інформації.

Запропоновано алгоритм моделювання для комплексної оцінки якості водного середовища озер та відповідної інформації екологічного характеру.

Запропоновано рекомендації щодо вимірювання гідробіологічних характеристик в озерах на основі серії міжнародних стандартів ISO 14000, ISO/IEC 17025 з урахуванням математичної моделі оцінки параметрів водного режиму.

Результати роботи використовуються в навчальному процесі Львівського інституту економіки і туризму в лекційних курсах «Метрологія, стандартизація, сертифікація і управління якістю», «Основи стандартизації, метрології та ідентифікації», «Управління якістю», а також на практичних заняттях та у дипломних роботах.

Результати досліджень (алгоритми і комп'ютерні програми), представлені в дисертаційній роботі, прийняті відділенням метрології систем ДП НДІ "Система" (м. Львів) для використання в напрямку оцінювання якості експериментальних даних за узагальненими показниками. Результати дисертаційної роботи (алгоритми і комп'ютерні програми) впроваджені і використовуються науково-дослідною лабораторією кафедри процесів горіння та загальної хімії Львівського державного університету безпеки життєдіяльності для опрацювання даних, отриманих при проведенні експериментальних досліджень. Також результати дисертаційної роботи впроваджені в діяльність науково-дослідних лабораторій Львівської академії друкарства для оцінювання змін якості покрить, які використовуються в поліграфічній промисловості. Запропоновано механізми контролю й управління процесами для оптимізації покрить, покращення їх адгезії й удосконалення методики напилення на підкладку.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримано автором особисто. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві наукового ступеня належать: [2], [3], [17] - математичне моделювання гідродинамічних та дифузійних процесів в озерознавстві з урахуванням трансформації неконсервативних речовин; [4], [7], [8] - рекомендації щодо моделювання, вимірювання та оцінювання фізико-хімічних та гідробіологічних характеристик води в озерах на основі міжнародних стандартів ISO 14000, ISO/IEC 17025; [5] - введено множину діагностичних ознак і відповідний алгоритм для оптимізації функціональних властивостей системи приладів екологічної лабораторії; [6], [15] - сформульовано комплексний показник якості і критерій якості, який дозволяє оптимізувати функцію екологічних втрат; [11], [12], [16] - запропоновано алгоритми щодо оцінювання ризиків і динамічних характеристик, які характеризують водне середовище озер; [13], [14] - розроблено методику удосконалення нормативно-технічної бази для приладів і пристроїв екологічних лабораторій з метою контролю процесів самоочищення водного середовища.

Апробація результатів дисертації. Викладені в дисертаційній роботі наукові положення та наукові результати доповідались та обговорювались на таких конференціях:

- Глобалізаційні процеси в природокористуванні. Науково-практична конференція. НПЦ "Екологія Наука Техніка", - (Україна, м. Алушта, АР Крим, 2008);

- Проблеми прогнозування та попередження надзвичайних ситуацій природного, природно-техногенного та техногенного походження. Науково-практична конференція, (Україна, м. Одеса, 2008);

- Екологічна безпека техногенно перевантажених регіонів. Оцінка і прогноз екологічних ризиків. Четверта науково-практична конференція, (Україна, м. Гурзуф, АР Крим, 2008);

- Моніторинг навколишнього природного середовища: науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення. Третя науково-практична конференція - (Україна, м. Коктебель, АР Крим, 2008);

- Системи-2008: метрологія, стандартизація, сертифікація. Науково-технічна конференція. - (Україна, Львів: ДП НДІ «Система», 2008);

- Вплив руйнівних повеней, паводків, небезпечних геологічних процесів на функціонування інженерних мереж та безпеку життєдіяльності. П'ята міжнародна науково-практична конференція, (Україна, м. Яремче, Івано-Франківської обл., 2009);

- Моніторинг навколишнього природного середовища: науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення. 4-а міжнародна науково-практична конференція - (Україна, м. Коктебель, АР Крим, 2009).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 17 науково-технічних статей (з них 8 - у фахових виданнях ВАК України), матеріалів конференцій - 8.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури і додатків. Загальний обсяг роботи становить 205 сторінoк, у тому числі 150 сторінок основного тексту, рисунків - 11, таблиць - 19, додатків - 3 на 21 сторінці. Бібліографія включає 281 джерело і викладена на 34 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність вибраного напрямку досліджень, визначено предмет і об'єкт досліджень, сформульовано мету, задачі та методи екологічних досліджень процесів в озерознавстві і проблеми в сфері відповідного нормативно-технічного забезпечення, визначено наукову новизну і практичну цінність результатів, подано відомості про їх апробацію та публікації у наукових виданнях.

У першому розділі дисертації виконано аналіз нормативно-технічного забезпечення та методів оцінювання якості екологічної інформації для озер заповідних територій. Для них сформульовано основні проблеми, оскільки вода природних озер біорезерватів повинна бути своєрідним еталоном чистоти прісних водних середовищ.

Запропоновано процедуру відбору проб води та елементи імітаційної математичної моделі для опису балансових процесів поширення неконсервативних речовин у водному середовищі озера з урахуванням відповідних джерел та чинників, які подано на рис. 1.

Основним принципом організації спостережень та експериментальних досліджень в озерознавстві є їх комплексність, яка передбачає узгоджену програму робіт ЕЛ з позицій гідрофізики, гідрохімії та гідрології з використанням міжнародних стандартів ISO 14000 та ISO/IEC 17025. Такі дослідження забезпечують вичерпну інформацію щодо якості води, встановлену за фізичними й хімічними показниками, а також дозволяють визначити необхідну кількість документів (інструкцій, методик і процедур) для забезпечення відбору проб і ефективного функціонування системи якості ЕЛ із заданою компетентністю відповідно до вимог екологічного менеджменту. Деяку частину такого типу нормативних документів подано на рис. 2.

Для екологічних досліджень введено функціонал якості J:

Рис. 1 Чинники, які впливають на концентрацію с інгредієнта, що забруднює води озер



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Нормативна документація (щодо якості води), яка може бути корисною для озерознавства

, (1)

де - вектор заданих впливів (gi - параметри системи); - вектор керувань;

- вектор невизначених збурень; [t0, tk] - інтервал часу, в якому розглядається процес (формування критеріального співвідношення для екосистеми озера); - функція, що відображає показник якості процедури функціонування екологічної лабораторії.

З використанням функціоналу якості J сформовано послідовність дій і схему екологічної експертизи для аналізу водних середовищ озерних систем.

У другому розділі запропоновано методику моделювання процесів у водному середовищі озера, що ґрунтується на використанні балансових термодинамічних співвідношень, які враховують потоки q та концентрації c j-ї неконсервативної (забруднюючої) речовини для i-ї водної камери (комірки) озера (рис. 3).

Рис. 3 Потоки речовини та параметри стану й процесів для i-ї водної камери (комірки) озера

На рис. 3 , - концентрація неконсервативної речовини в атмосферних опадах і потік атмосферних опадів, що випадають на одиницю площі дзеркала водної поверхні; qВИП - потік випаровування; qБВ - потік безповоротного водоспоживання; ij , j - постійна седиментації і постійна хімічного, біологічного чи радіоактивного розпаду; сФ - концентрація солей (забруднюючих речовин) у підземних водах; qФ - фільтраційний потік; - кількість (потік) j-ї речовини, що проникає в i-ту камеру з донних відкладень.

Розроблено основи оцінювання якості екологічних досліджень засобами екологічної лабораторії та відповідну структуру системи якості.

На основі модельного підходу отримано аналітичні співвідношення, в яких еколого-економічні показники доповнюють співвідношення системи захисту і застосовуються для регулювання природоохоронної діяльності комплексу господарської діяльності (КГД) та нормування стану довкілля з допомогою інтегрованої системи автоматичного контролю, яка є складовою частиною комп'ютерної інформаційно-вимірювальної системи для моніторингу стану водної системи озера (рис. 4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Структурна схема комп'ютерної інформаційно-вимірювальної системи

Найважливіші з еколого-економічних показників - показник екологічності виробництва Pev та показник Pnp, який визначає для підприємств (забруднювачів) питому норму платежів і штрафів за результатами негативних антропогенних та техногенних дій на довкілля:

, , (2)

де n - загальна кількість джерел забруднення для всього КГД; - загальна маса відходів, забруднюючих речовин, парникових газів (в перерахунку на ефективну масу, виражену в кілограмах) для всього КГД за і-й період часу; - екологічно допустима кількість відходів, викидів забруднюючих речовин, парникових газів для всього КГД на заповідній території (зокрема, на території всього Шацького національного природного парку (ШНПП), чи в конкретному озері заповідника); - загальна сума платежів і штрафів за лімітне й позалімітне забруднення заповідної території, що припадає на і-й період часу для всього КГД; - загальний фінансовий баланс виробництва продукції, інновацій і надання послуг населенню за і-й період часу для КГД.

Показник Pev характеризує загальну кількість промислових і побутових відходів (антропогенного й техногенного походження), викидів забруднюючих речовин та парникових газів за і-й період часу для всього КГД, спричинених діяльністю населення на заповідній території.

Критеріями для вибору показників Pev, Pnp (2) є їх мінімальні значення Pevmin, Pnpmin за і-й період часу (протягом кількох років (десятиліть)).

Розроблено математичну модель системи захисту екологічної лабораторії з двох позицій (недостовірна інформація, ризик для персоналу) з урахуванням критеріїв якості і методів оптимізації.

Для побудови системи захисту ЕЛ введено означення дози негативного впливу. Нехай D = D(xi) (D0) - доза негативного впливу на ЕЛ (X = (xi) - множина параметрів, які характеризують ризик, збитки, конкуренцію; i = 1,2,…n; n - число параметрів); Dz = Dz(t) - значення D в результаті дії системи захисту (t - час); D - Dz - різниця, яка характеризує позитивну дію системи захисту, зокрема, якість і корисність випробувань в безпечних умовах.

Введено функцію компромісу для екологічної лабораторії (компроміс між негативним впливом і дією системи захисту, якщо qі = (q1, q2) - коефіцієнти вагомості, які визначають експертним методом) з допомогою співвідношення:

Fk = q1D + q2(D - Dz), (q1 + q2 = 1). (3)

У третьому розділі проведено порівняльний аналіз екологічних характеристик озер Шацького біорезервату на території Волині, а також водних об'єктів поблизу нафтогазовидобувних комплексів.

Увагу зосереджено на межах змін концентрацій азоту, фосфору, кремнію в озерах Шацького біорезервату.

Зафіксовано два підходи до форми оптимальних розв'язків екологічних задач прогнозу з урахуванням ризиків: а) у вигляді рекомендацій природоохоронного характеру для подальшої реалізації з допомогою автоматизованої системи керування; б) формування результатів розрахунку у вигляді законів автоматичного управління природоохоронною діяльністю.

При заданій функції втрат ризик R(z,x) визначається як умовне математичне сподівання функції втрат при даних значеннях x, z:

. (4)

де f(y,x) - функція розподілу ймовірності втрат (M() - символ математичного сподівання): x - сукупність величин, які характеризують початкові умови (вихідні дані); z - сукупність величин, які характеризують прийняте рішення природоохоронного характеру (за даним значенням величини x проводиться оцінка - середнього значення для діапазону z); s(y, z) - функція втрат.

Запропоновано алгоритм збору й впорядкування інформації про забруднення території й повітря неконсервативними забруднюючими речовинами в околі об'єкту нафтогазовидобувної промисловості (НГВП) на основі екологічних індексів.

Розглянуто одноразовий аварійний викид нафтопродуктів в озеро. З використанням балансових співвідношень і граничних умов дифузійного типу розроблено алгоритм, комп'ютерну програму і (як приклад) отримано у двовимірній постановці залежності радіуса нафтової плями R, середньої швидкості поширення Vn її фронту, поверхневої густини g нафтопродуктів від часу t (рис. 5). Розмірності фізичних величин такі: [g] = 1 кг/м2, [Vn] = 1 м/год, [R] = 1 м, [t] = 1 год (рис. 5). Залежність Vn = f(t) виконана в масштабі (на рисунку значення Vn збільшені в 7 разів). Початкова загальна маса нафтопродуктів Moil = 4,5104 кг, питома об'ємна густина oil = 900 кг/м3. Оскільки густина нафти менша густини води, то нафтова пляма знаходиться на поверхні води у вигляді плівки (товщиною h), радіус R якої з часом зростає.

Рис. 5 Залежності радіуса нафтової плями R, середньої швидкості її поширення Vn і поверхневої густини g від часу t

На рис. 5 проілюстровано проміжок часу, коли в нафтовій плівці сили поверхневого натягу зрівноважуються із силами в'язкого тертя: ts = [ts1; ts2] = [1,16; 23,33 год]. При цьому g = [g1; g2] = [3,762; 0,09 кг/м2]. Поверхнева густина нафтопродуктів g2 = 0,09 кг/м2 є мінімальною, відповідає товщині поверхневої нафтової плівки hs = (hs)min = 10-4 м і максимальному радіусу плями Rmax = 774 м для заданої маси Moill = 4,5104 кг, оскільки при досягненні мінімальної товщини hs пляма далі не поширюється.

Запропоновано процедуру визначення оптимального числа вимірювань екологічних параметрів в небезпечних зонах з використанням функціоналу якості й функції вимірювань. При розгляді аварійних ситуацій враховано розділення території на зони й різні типи ризику.

У четвертому розділі на основі аналізу проведених досліджень та результатів моделювання розроблено рекомендації щодо встановлення меж зміни параметрів екологічно відновлювальних процесів водного середовища.

Сформовано основні параметри і співвідношення для проведення експериментальних досліджень і побудови імітаційної математичної моделі, яка описує гідробіологічний та водний режими в акваторії озер Шацького національного природного парку (ШНПП). Запропоновано 4 блоки параметрів (факторних екологічних індексів - ІА, ІB, ІC, ІD), з допомогою яких доцільно оцінювати якість водного середовища. Рекомендація - внести водневий показник pH, а також електропровідність в блок А (разом з загальною мінералізацією, сульфатами, хлоридами; індекс ІА), в блок D (ІD) - біологічні параметри, а в блок С (металів - залізо, хром, марганець, нікель; ІС) - мідь. Мідь (Cu) входить до числа життєво важливих біогенних мікроелементів. При цьому екологічний індекс якості води

ІE = (ІA + ІB + ІC + ІD)/4 узагальнює аналогічний параметр ІE = (ІA + ІB + ІC)/3.

Приклади значень екологічного індексу ІЕ (та його складових ІА, ІВ, ІС) якості води озера Світязь, які відповідають 2004-2008 рр., наведено у табл. 1.

Таблиця 1 Значення екологічного індексу ІЕ (та його складових ІА, ІВ, ІС, ІE=(ІA+ІB+ІC)/3) якості води озера Світязь, які відповідають 2004-2008 рр.

Назва озера	Дата	ІА	ІВ	ІС	ІЕ
Світязь	2004	0,05	0,61	0,06	0,24
	2005	0,08	0,62	0,07	0,26
	2006	0,09	0,63	0,09	0,27
	2007	0,11	0,42	0,17	0,23
	2008	0,13	0,55	0,18	0,29

Означено швидкості відновлюваних процесів VA, VB, VC, VD, VE для індексів ІА, ІB, ІC, ІD, ІЕ. На основі експериментальних даних розраховано відповідні швидкості VA, VB, VC для озера Світязь, зокрема, частину результатів наведено в таблицях 2 і 3.

Таблиця 2 Швидкість відновлюваних процесів VC для параметра ІС (залізо, хром, марганець, нікель, мідь)

Озеро	Світязь	Люцимер	Пісочне	Перемут	В. Чорне
VCб, 2005-2006 рр.	0,909	- 1,186	- 0,933	- 0,230	- 0,272
VCа, 2006-2007 рр.	0,545	0,857	- 0,286	0,296	- 0,090
VC = |VCа|-|VCб|	- 0,364	- 0,329	- 0,648	0,066	- 0,182

Таблиця 3 Швидкість відновлюваних процесів VE для параметра ІE (екологічного індексу якості води, який усереднює три факторні індекси ІA, ІB, ІC)

Озеро	Світязь	Люцимер	Пісочне	Перемут	В. Чорне
VЕб, 2005-2006 рр.	0,08	- 0,4	- 0,101	0,014	0,355
VЕа, 2006-2007 рр.	- 0,213	- 0,087	- 0,451	- 0,478	- 0,862
VЕ = |VЕа|-|VЕб|	0,133	- 0,313	0,440	0,463	0,508

З табл. 2 видно, що позитивні тенденції відновлювальних процесів щодо металів (за зміною факторного індексу ІC) спостерігались для озер Світязь, Люцимер, Перемут (оскільки додатні значення VCа в період 2006-2007 рр.). Порівнюючи екологічні індекси якості води ІЕ (табл. 3), встановлено негативні тенденції відновлювальних процесів (від'ємні значення VЕа) для п'яти озер (2006-2007 рр.), хоча протягом попереднього періоду (2006-2007 рр.) для двох з них (Світязя і Перемуту) спостерігались позитивні тенденції зростання ІЕ.

Розроблено методику оцінювання параметрів (швидкостей зміни концентрацій біогенних елементів gIA), які характеризують відновлювальні процеси у водному середовищі озер.

На основі відповідної інформації для озера Світязь (блок А за даними 2007-2008 рр.) сформовано градації ризику, які відповідають факторному індексу ІA (загальна мінералізація, сульфати, хлориди тощо) і вони представлені в табл. 4.

Таблиця 4 Градації ризику для озера Світязь (відповідні факторному індексу ІA)

№	gIA	Градація ризику	№	gIA	Градація ризику
1	2,4-2,16	Мінімальний	4	1,44-0,96	Високий
2	2,16-1,68	Малий	5	0,96-0,48	Максимальний
3	1,68-1,44	Середній	6	0,48-0	Критичний

Для оцінювання якості води в озері розглядається комірка екосистеми і органічна речовина в ній характеризується біорізноманіттям Nv (загальною кількістю видів фіто-, зоопланктону, бентосу і риб), яке залежить від площі дзеркала Sd озера і об'єму води Vw в ньому:

; ; . (5)

Тут a, a1, b, c - емпіричні коефіцієнти (b=0,26);

індекси f, z, b, r - відповідають фітопланктону (f), зоопланктону (z), бентосу (b) і гідробіонтам (r) (рибам).

Зв'язок параметра Nv і його складових (5) з продукцією Pp (ккал/м2 в рік) фітопланктону описується емпіричними куполоподібними кривими:

, ,

, . (6)

Для оцінювання оптимального діапазону продуктивності фітопланктону озера Світязь використано залежності інтегрального параметра біорізноманіття Nv і його складової 5Nr (збільшеного в 5 разів параметра біорізноманіття риб) від продукції Pp (рис. 6).

Із співвідношень (6) випливає, що максимальне число видів Nv

(Nv = 158,57 159) відповідає продуктивності фітопланктону озера Світязь

Pp(opt) = 5767 кДж/м2 в рік.

Рис. 6 Зв'язок параметрів біорізноманіття Nv (інтегрального) і його складової 5Nr (характеристики риб) з продукцією Pp (кДж/м2 в рік) фітопланктону

На основі аналізу залежностей (6) встановлено, що оптимальний діапазон продуктивності фітопланктону озера Світязь Pp = [5767; 7334 кДж/м2 в рік]. Такий діапазон відповідає проміжку між максимумами двох графіків (рис. 6) і характеризує достатньо високу якість водного середовища озера. Оптимальність цього діапазону обґрунтовано спільно з гідробіологами. При цьому коефіцієнт a = 158,57/(27,5)0,26 66,99 і уточнена оптимальна продуктивність фітопланктону (Pp)* = (5767+7334)/2 = 6550 (кДж/м2 в рік). Відхилення між Pp(opt) і (Pp)* становить = 2(6550-5767)/(6550+5767)=0,127 ( = 12,7 %).

Розроблено рекомендації щодо встановлення меж зміни концентрацій азоту, фосфору, кисню, заліза та інших параметрів, які характеризують екологічно відновлювальні процеси в озерознавстві.

На основі відповідних рекомендацій розроблено проект стандарту “Вимоги до компетентності екологічних лабораторій”, в якому концентрується увага на чотирьох факторних індексах: ІA (загальна мінералізація, сульфати і хлориди, електропровідність, водневий показник pH); ІB (завислі речовини, біологічне споживання кисню (БСК), нітрати, нітрити, фосфати); ІС (залізо, хром, марганець, нікель, мідь); ІD (продуктивність фітопланктону, параметр біорізноманіття, характеристики зоопланктону, бентосу, риб). Для інформаційного забезпечення проекту стандарту використовуються запропоновані в дисертаційній роботі математичні моделі озерних екосистем та методики, які характеризують відновлювальні процеси.

Розраховано індекси Іsla, Іibd, Іips, Іеi, які характеризують якість води озер ШНПП (Світязь, Пісочне, Велике Чорне, Перемут, Люцимер) за даними 2007 року (рис. 7) (в порядку зростання Іеi). Тут Іsla - індекс сапробності; Іibd - біологічний діатомовий індекс; Іips - індекс загальної якості води (характеризує рівень органічного забруднення та евтрофування середовища); Іеi - інтегральний екологічний індекс. Різниця між параметрами Іibd, Іips для відзначених п'яти озер ШНПП незначна, тому Іibd на рисунку не приведено. Іsla, Іibd, Іips оцінюють за складом та відносною густиною діатомових водоростей. Для представлення гістограм (рис. 7) використано такі позначення:

ІеiІеi, IE IE (ІE = (ІA + ІB + ІC)/3), ІslaІsla, ІipsІips.

Рис. 7 Екологічні індекси Іеi, IE, Іsla, Іips озер Шацького національного природного парку. По осі абсцис No - номери озер (1 - Світязь, 2 - Пісочне, 3 - Велике Чорне, 4 - Перемут, 5 - Люцимер)

Індекс Іеi уведено в дисертаційній роботі з допомогою співвідношення:

, ІE = (ІA + ІB + ІC + ІD)/4, (7)

де ІT - індекс трофо-сапробіологічних показників; ІR - індекс специфічних показників токсичної і радіаційної дії; , - коефіцієнти вагомості, які оцінюють експертним методом ().

На рис. 7 подано спрощений варіант параметра Іеi за умови ІR 0:

. (8)

На основі даних (рис. 7) встановлено, що для озер ШНПП характер зміни Іеi близький до IE , але відмінності між і Іеi, IE і Іsla, Іips, - суттєві.

У додатках подано акти впровадження результатів дисертаційного дослідження і проект стандарту «Вимоги до компетентності екологічних лабораторій».

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Сукупність отриманих в дисертації результатів дозволяє розв'язати важливу наукову задачу з побудови нормативного забезпечення для розвитку методів оцінювання показників, які характеризують відновлювальні процеси (самоочищення) водного середовища озерних екосистем. Розв'язання цієї проблеми має суттєве значення з погляду оптимізації процедур проведення екологічних досліджень.

У дисертаційній роботі отримано такі основні результати:

1. Запропоновано елементи імітаційної математичної моделі для опису балансових процесів у водному середовищі озера і в результаті її оптимізації встановлено необхідну кількість документів (інструкцій, методик і процедур) для забезпечення відбору проб і ефективного функціонування системи якості лабораторії екологічного моніторингу із заданою компетентністю, відповідно до вимог кваліметрії та екологічного менеджменту.

2. Введено з системою аксіом векторну функцію корисності набору пристроїв екологічної лабораторії, а також показник достовірності й інформаційний показник зміни якості, якому відповідає функціонал якості, для якого сформовано послідовність дій і схему екологічної експертизи.

3. Розроблено модельний підхід і отримано аналітичні співвідношення, в яких еколого-економічні показники застосовуються для регулювання природоохоронної діяльності комплексу господарської діяльності та нормування стану довкілля з допомогою інтегрованої системи управління підприємствами, орієнтованої на концепцію стійкого розвитку.

4. Розроблено концептуальну основу введення множини діагностичних ознак і відповідний алгоритм, які дозволяють оптимізувати інформацію щодо оцінки якості функціональних властивостей системи приладів екологічної лабораторії.

5. Сформовано рекомендації щодо управління ризиком, що призводять до прийняття рішень природоохоронного характеру, які відповідають певним інтервальним значенням критеріальної функції, і це дає можливість оцінити рівні екологічного ризику в околі свердловин нафтогазових родовищ з урахуванням норм біологічного характеру для людей і живих організмів.

6. Запропонована методика аналізу екологічних параметрів водних систем з урахуванням перенесення неконсервативних домішок і гідробіологічних речовин на фоні гідродинамічних процесів, що дозволяє оцінити якість води в озері і запропонувати низку рекомендацій щодо розробки стандарту, який регламентує діяльність екологічних лабораторій.

7. Запропоновано блок чинників, який містить чотири факторні індекси ІA (загальна мінералізація, сульфати і хлориди, електропровідність, водневий показник pH), ІB (завислі речовини, біологічне споживання кисню (БСК), нітрати, нітрити, фосфати), ІС (залізо, хром, марганець, нікель, мідь), ІD (продуктивність фітопланктону, характеристики зоопланктону, бентосу, риб, параметр біорізноманіття) та з їх допомогою проведено оцінювання параметрів що характеризують відновлювальні процеси водного середовища озер та їх швидкість. Розроблений блок покладено в основу проекту стандарту “Вимоги до компетентності екологічних лабораторій”.

8. Встановлено нові закономірності зміни гідрохімічних та гідробіологічних параметрів, які характеризують водне середовище озер і відновлювані процеси в них: швидкості змін екологічних факторних індексів; оптимальний діапазон продуктивності фітопланктону озера Світязь Pp = [5767; 7334 кДж/м2 в рік].

9. Вперше для опису відновлювальних процесів введено інтегральний екологічний індекс

Іeі (),

ІE = (ІA + ІB + ІC + ІD)/4,

ІT - індекс трофо-сапробіологічних показників; ІR - індекс специфічних показників токсичної і радіаційної дії; , - коефіцієнти вагомості ().

Проведено порівняння інтегральних екологічних індексів Іеi та екологічного індексу ІE для низки озер Шацького біорезервату, в результаті чого оцінено темпи відновлювальних процесів і встановлено градації екологічного ризику.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Луців Н. Нормативне забезпечення надійності та екологічності товарів випробувальних лабораторій / Н. Луців // Вимірювальна техніка та метрологія. - 2008. - Вип. № 69. - C. 151-155.

2. Луців Н. В. Математична модель забруднень озера неконсервативними речовинами / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Н. В. Луців // Відбір і обробка інформації. - 2008. - Вип. № 29 (105). - C. 67-72.

3. Луців Н. В. Моделювання змін екологічних параметрів водних середовищ в околі об'єктів нафтогазовидобувних комплексів / Н. В. Луців, В. М. Юзевич // Методи та прилади контролю якості. - 2008. - Вип. № 21. - C. 97-102.

4. Луців Н. Елементи методології вимірювання гідробіологічних характеристик водних екосистем / Н. Луців, В. Юзевич // Вимірювальна техніка та метрологія. - 2009. - Вип. № 70. - C. 86-90.

5. Луців Н. В. Моделювання функціональних властивостей системи приладів екологічної лабораторії / Н. В. Луців, В. М. Юзевич // Східно-Європейський журнал передових технологій. - 2009. - № 1/6 (37). - С. 22-26.

6. Луців Н. Моделювання системи захисту товарів випробувальних екологічних лабораторій / Н. Луців, В. Юзевич // Комп'ютерні науки та інформаційні технології. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. - Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2009. - № 638. - С. 110-117.

7. Луців Н. Елементи математичного моделювання гідробіологічних характеристик водних екосистем / Н. Луців, В. Юзевич // Комп'ютерні науки та інформаційні технології. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. - Львів: Вид. НУ “Львівська політехніка”, 2009. - № 650. - С. 134-140.

8. Луців Н. В. Елементи імітаційного моделювання стану водних екосистем / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк, Н. В. Луців // Науковий вісник Волинського Національного університету імені Лесі Українки. - 2009. - № 1. - C. 145-146.

9. Луців Н. В. Роль товарознавства в забезпеченні екологічної безпеки зовнішнього середовища / Н. В. Луців // Вісник Львівського інституту економіки і туризму. - 2009. - № 4. - С. 225 - 228.

10. Луців Н. В. Інноваційні тенденції регулювання екологічних проблем товарознавства / Н. В. Луців // Сучасні тенденції та проблеми інновації виробництва товарів і надання послуг. Матеріали науково-практичної конференції, м. Львів, 08.05. 2008. - Львів: РВВ НЛТУ, 2008. - С. 227 - 232.

11. Луців Н. В. Оцінка динамічних характеристик змін якості води озер / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк, Н. В. Луців // Глобалізаційні процеси в природокористуванні. Матеріали науково-практичної конференції, м. Алушта, АР Крим, 19-23.05.2008. - НПЦ "Екологія Наука Техніка". - С. 40-41.

12. Луців Н. В. Прогнозування ризиків екологічного стану і змін якості води озер / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк, Н. В. Луців // Проблеми прогнозування та попередження надзвичайних ситуацій природного, природно-техногенного та техногенного походження. Матеріали науково-практичної конференції, м. Одеса, 02-06.06.2008. - НПЦ "Екологія Наука Техніка". - С. 49-50.

13. Луців Н. В. Нормативно-технічна база системи захисту товарів випробувальних екологічних лабораторій / Н. В. Луців, П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк // Моніторинг навколишнього природного середовища: науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення. Матеріали 3-ї науково-практичної конференції, м. Коктебель, АР Крим, 22-26.09.2008. - НПЦ "Екологія Наука Техніка". - С. 107-108.

14. Луців Н. В. Нормативне забезпечення і прогноз екологічних ризиків / Н. В. Луців, П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк // Екологічна безпека техногенно перевантажених регіонів. Оцінка і прогноз екологічних ризиків. Матеріали Четвертої науково-практичної конференції, м. Гурзуф, АР Крим, 29.09-03.10.2008. - НПЦ "Екологія Наука Техніка". - С. 81-82.

15. Луців Н. В. Оцінка екологічного стану заповідних територій / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк, Н. В. Луців // Системи-2008: метрологія, стандартизація, сертифікація. Матеріали науково-технічної

конференції, 30-31.10 2008. - Львів: ДП НДІ «Система», 2008. - С. 211-215.

16. Луців Н. В. Функціональна діагностика і прогноз екологічних ризиків / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк, Н. В. Луців // Вплив руйнівних повеней, паводків, небезпечних геологічних процесів на функціонування інженерних мереж та безпеку життєдіяльності. Матеріали 5-ї міжнарод. науково-практичної конференції, м. Яремче, Івано-Франківської обл., 23-27.02.2009. - НПЦ "Екологія Наука Техніка". - С. 131-133.

17. Луців Н. В. Моніторинг і трансформація неконсервативних речовин у лімнології / П. М. Сопрунюк, В. М. Юзевич, Я. Є. Підгірняк, Н. В. Луців // Моніторинг навколишнього природного середовища: науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення. Матеріали 4-ї міжнародної науково-практичної конференції, м. Коктебель, АР Крим, 21-25.09.2009. - НПЦ "Екологія Наука Техніка". - С. 97-99.

Размещено на Allbest.ru