Принципы построения автоматизированной комплексной системы мониторинга водной среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 504.064

Принципы построения автоматизированной комплексной системы мониторинга водной среды

Экологически безопасное водоснабжение и водоотведение

М.В. Барсукова - доцент ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства», г. Москва, Россия

К.С. Дятлова - аспирант «Московский государственный институт электронной техники», г. Москва, Россия

Термин «автоматизированные системы» появился в начале 60-х гг. ХХ в. Принципиальное отличие таких систем от так называемых «ручных» заключается в том, что они позволяют решать качественно новые задачи за счет использования современных методов моделирования и средств обработки информации [1].

Автоматизированная комплексная система мониторинга (АКСМ) реализует функции автоматизированного измерения, обработки параметров экологического контроля сразу нескольких объектов мониторинга - воды, воздуха и т.д., а также осуществляет анализ источников загрязнения с целью последующего построения математической модели объекта.

Рассмотрим принципы построения АКСМ. Данная система является сложной и иерархически структурированной. Первым принципом создания АКСМ является системный подход, что на практике означает необходимость совокупно учитывать все факторы, влияющие на параметры и связи между ними. Вторым принципом можно назвать принцип декомпозиции систем, который позволяет разделить проблему структурно-сложной системы. Следующим принципом создания АКСМ является получение максимально возможного результата (приближения к цели) при заданных ресурсных ограничениях и сохранения целостности системы [1].

Основой реальной эффективности работы автоматизированной комплексной системы мониторинга является надежная работа измерительной сети, то есть первичных датчиков, приборов, каналов связи. Это обстоятельство позволяет сформулировать принцип обязательности создания надежной измерительной сети и ограниченности финансовых ресурсов. Необходимо также реализовать принцип максимальной «интеллектуализации» системы за счет разработки эффективных математических моделей и алгоритмов расчета параметров объекта. Не менее важную роль играет принцип оптимального выбора первоочередных задач при реализации АКСМ, например, добиться заданной точности информации при минимуме затрат на ее получение.

Указанная задача содержит в себе множество подзадач, таких как нахождение оптимального периода измерения данного параметра; выбор способов измерения параметра в конкретные моменты времени на протяжении некоторого интервала таким образом, чтобы достигалась заданная точность при минимально возможных затратах. В зависимости от постановки задачи оптимизация мониторинга решается различными методами [2].

На начальном этапе создания системы мониторинга проблема оценки частоты и точности наблюдений, а также ряд других необходимых характеристик, могут быть заданы на основании оценок параметров системы наблюдений, представленных в табл.1.

Таблица 1 Виды мониторинга и их параметры

В настоящее время наиболее активно ведутся работы на региональном уровне по созданию автоматизированных комплексных систем мониторинга, в том числе и водных объектов.

Анализ современного состояния регионального мониторинга проводится по следующей методике:

1. Выявление организаций, занимающихся наблюдением и контролем за состоянием окружающей природной среды, изучение их функций и структуры;

2. Изучение методик сбора геоэкоинформации (количество точек наблюдения, их местоположение, обоснование точек наблюдения, методы наблюдения и контроля, длительность и периодичность наблюдений, основные анализируемые показатели и вещества);

3. Изучение материально-технической базы организаций (оснащенность контрольно-измерительными приборами, приборами-автоматами оперативного контроля и автотранспортом);

4. Определение характера отчетности организаций (периодичность и формы статистической и ведомственной отчетности);

5. Выявление и изучение внешних геоинформационных связей.

Научные работы по созданию автоматизированной комплексной системы мониторинга качества природных вод позволили обосновать следующий подход, основанный на принципе происхождения водных подсистем для:

поверхностных вод > акваториально-бассейновая система;

сточных вод > промышленно-селетебная система;

подземных вод > территориально-бассейновая система.

Далее, для каждого компонента системы проводят комплексное экологическое районирование по административным районам региона (области). При этом используются следующие критерии по приоритетам [1]:

необходимый минимум представительности каждого фактора в установленных локальных зонах относительно всего района исследования, при котором работа автоматизированной системы мониторинга водных объектов (АСМВО), будет максимально эффективна уже на первом этапе ее создания;

необходимый минимум представительности каждого приоритетного фактора внутри каждой локальной зоны относительно других факторов;

интенсивность антропогенной и техногенной нагрузки на локальные зоны по концентрации водопользователей;

интенсивность (объем) водопотребления;

обеспеченность водными ресурсами;

интенсивность водоотведения (сброса сточных вод);

интенсивность сельскохозяйственной нагрузки;

дислокация точек возникновения аварийных ситуаций;

территориальная близость (совмещенность) водных комплексов;

специфические нагрузки на локальные зоны водных комплексов явлениями подтопления и общего загрязнения (по водосбору, областям питания и др.);

степень защищенности подземных вод;

эффективность очистки сточных вод и обеспеченность мощностями очистных сооружений;

количество и номенклатура показателей качества вод, несоответствующих установленным нормативам;

изученность локальных зон по аспектам качества вод;

другие аспекты загрязнения территорий (нефтезагрязнения, трубопроводы и т.п.);

наличие и развитие коммуникаций (средств связи, автодорог);

степень развитости традиционной системы режимного мониторинга в системах Росгидромета и Санэпидемнадзора;

наличие и оснащенность существующей лабораторно-аналитической базы;

наличие кадров специалистов, необходимых для создания и обслуживания АСМВО;

наличие технологической и методологической базы для создания АСМВО и подготовки специалистов;

возможность минимизации затрат на капитальное строительство, организацию энергопитания и связи по основным компонентам АСМВО;

прогноз развития подобных систем в других регионах.

Немаловажную роль для получения достоверной и объективной информации при разработке АКСМ играет оптимальное размещение станций контроля, а также использование наиболее совершенных методов наблюдения. При этом желательно свести к минимуму (там, где это возможно) применение аналитических методов, основанных на определении содержания тех или иных веществ и величин показателей в пробах, так как несовершенство методов отбора проб, их хранения и другие факторы могут приводить к потере информации [3].

Исходя из общих задач по автоматизации контроля качества воды, необходимо сосредоточить внимание на расширении перечня регистрируемых гидрохимических показателей, а также на развитии методов автоматизированного контроля гидробиологических и токсикологических показателей. При этом удельный вес последних в общем объеме информации, получаемой автоматизированными системами, должен возрастать. Все многообразие характеристик качества воды может быть сведено к шести группам показателей (табл. 2).

Таблица 2 Показатели, рекомендуемые для автоматизированного определения

Общая цель развития системы автоматизированного контроля и управления качеством воды и последующее решение задачи обеспечения эффективной работы этой системы, а также рациональное использование и охрана водных ресурсов, может быть достигнута путем проведения следующих мероприятий [4]:

1) расширения поисковых работ по выбору наиболее важных показателей, оценивающих состояние вод, в первую очередь, гидробиологических и токсикологических, для их дальнейшей автоматизации;

2) дальнейшего развития исследований по разработке новых методов, созданию усовершенствованных и упрощенных методов для разработки на их основе новых приборов и индикаторных устройств, необходимых для системы регулирования качества воды;

3) развития математического обеспечения автоматизированного контроля качества воды, создания новых математических моделей для описания структуры систем и их состава; совершенствования способов обработки получаемой информации;

4) усиления работы в части проектирования и серийного выпуска новых технических средств, в первую очередь, путем создания набора типовых решений структуры автоматизированных систем и комплекса измерительных средств;

5) развития метрологического обеспечения систем автоматизированного контроля качества воды, унификации и стандартизации методов автоматизированного анализа и технических средств для его обеспечения;

6) улучшения координации работ по всем направлениям автоматизированного контроля качества воды, включая научно-исследовательские, опытно-конструкторские и проектные работы.

7) усиления исследований в области развития научно-методических принципов построения систем автоматизированного контроля качества воды;

8) расширения и углубления работ по решению задач регулирования качества воды и управления ими;

9) существенного улучшения обеспечения работ в области автоматизированного контроля научными кадрами и соответствующего финансирования.

Создание автоматизированной системы контроля природных вод позволит решить одну из важнейших задач систематического подхода к охране окружающей среды, то есть получение непрерывного ряда наблюдений о физических и химических показателях состава воды, изучение динамики отдельных показателей, необходимых для прогнозирования качества воды и антропогенного воздействия на окружающую среду.

автоматизированный мониторинг качество вода

Библиографический список

1. Эдельштейн Ю.Д., Котельников А.А., Лыкова Н.В. Автоматизированные системы экологического мониторинга. Автоматизированные системы мониторинга водной среды (теоретические основы, модели и методы построения, КТС, программное обеспечение). - Новомосковск, 2004. Ч. 5.

2. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии. - М.: Наука, 1996.

3. Майстренко Ю.Л., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. - М.: Химия, 1996.

4. ГОСТ 17.1.3.07-82 Правила контроля качества воды, водоемов и водотоков //Охрана природы. Гидросфера. Сб. Государственные стандарты. - М.: ИПК Изд-во Стандарты, 1998.

Размещено на Allbest.ru