Система мониторинга качества воды в бассейне Р. Невы на основе геоинформационных технологий

2. Апостолов Л.Г., Малий Е.Н., Кобечинская В.Г. К вопросу об индикационной роли муравьев в наземных экосистемах Прибайкалья: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. - Иркутск, 1982. - С. 59.

3. Блинова С.В., Еремеева Н.И. Использование муравьев Lasius niger L. для контроля за состоянием среды в урбанизированных ценозах // Вестник Кемеровского госуниверситета. - Кемерово, 2003. № 4 (16). С. 3 - 6.

4. Длусский Г.М. Методы количественного учета почвообитающих муравьев // Зоол. ж. 1965. Т.44. Вып.5. С.716 - 727.

5. Длусский Г.М., Захаров А.А. Расселение муравьев в лесах разных типов // Лесное хозяйство. 1965. № 8. С. 55 - 57.

6. Дмитриенко В.К. Муравьи как индикатор нарушений природной среды // Система мониторинга в защите леса: Тез. докл. Всесоюз. совещ. - Красноярск, 1985. - С. 36 - 37.

7. Еремеева Н.И., Блинова С.В. Видовой состав и особенности поселения муравьев в урбанизированных ценозах // Вестник Кемеровского госуниверситета. 2002. Вып.2 (10). С.43 - 48.

8. Лодза Е.А., Зайцев В.И., Лодза А.Ф., Латыгин В.П., Носков В.Е. Комплексная оценка загрязнения воздушного бассейна города Кемерово выбросами промышленных предприятий по показателю «суммарной условной токсичности» // Роль образовательных центров в распространении экологически знаний, специфика подготовки специалистов в промышленно-развитом сырьевом регионе: Сб. докл. межрегион. научн.-практ. конф. -Кемерово, 2004. - С.86-87.

9. Малоземова Л.А., Малоземов Ю.А. Муравьи урбанизированных территорий среднего Урала // Фауна и экология насекомых Урала. - Пермь, 1993. - С. 100 -108.

10. Малоземова Л.А., Малоземов Ю.А. Экологические особенности муравьев урба-низированнных территорий // Экология. 1999. № 4. С.313-316.

11. Неверова О.А., Еремеева Н.И., Сущев Д.В. Использование биоиндикаторов для оценки загрязнения атмосферного воздуха урбанизированной среды // Проблемы региональной экологии. 2003. № 6. С.50 - 56.

12. Песенко Ю.А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях. - М.: Наука, 1982. - 288 с.

13. Писарский Б. Фауна беспозвоночных урбанизированных районов Варшавы // Биоиндикация в городах и пригородных зонах. - М.: Наука, 1993. С.43 - 49.

14. Bugrova N.M., Reznikova J.I. The state of Formica polyctena Foerst. (Hymenoptera, Formicidae) population in recretation forests // Mem. zool. 1990. 44. P. 13 - 19.

15. Majer J.D. Ants: bioindicators of minesiti rehabilitation, land-use, and land conservation // Env.Man. 1983. Vol.7. № 4. P. 375 - 383.

16. Petal J.M. The effect of industrial pollution of Silesia on population of ants // Pol. Ecol. Stud. (PRL). 1980. 6. №4. P. 665 - 672.

17. Puszkar T. Les fourmis (Formicidae) de la zone polluee des etablissements de l’azote de Pulawy. Mem. Zool., 1978. № 29. Р. 129 - 142.

А.И. Шишкин, А.В. Епифанов

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА КАЧЕСТВА ВОДЫ В БАССЕЙНЕ Р.НЕВЫ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Одним из главных недостатков поверхностных водоемов как источников централизованного питьевого водоснабжения является постоянно существующий

риск внезапного ухудшения качества воды. Это может быть связано как с природными, так и техногенными катаклизмами и привести как к принципиальной технологической невозможности подачи качественной воды населению, так и к трудно поправимым повреждениям самих систем водоподготовки и водораспределения. Предупредить подобные негативные последствия можно только путем организации специализированной системы мониторинга. Такого рода система на геоин-формационной основе с использование ППП «Гидроэкопрогноз» была разработана для бассейна р.Невы. Она позволяет обеспечить заблаговременное информирование персонала станций об изменении качества воды реки Невы в местах водозаборов. Река имеет важное водохозяйственное значение по обеспечению водой Санкт-Петербурга, но подвержена высокой антропогенной нагрузке. В её русле расположено 100 выпусков промышленных предприятий и более 300 выпусков водоканала, а также 5 водозаборов водопроводных станций: Волковская, водопроводная станция у деревни Корчмено, Северная, Южная и Главная водопроводные станции [3].

К основным задачам разработки системы мониторинга были отнесены:

1. Обоснование расположения контрольных створов, их количества и числа станций постоянного (в реальном времени) и периодического наблюдения, на которых необходимо проводить контроль качества поверхностных вод р. Невы.

2. Определение маркерных показателей для создания системы мониторинга качества воды р. Невы, и обоснование периодичности их определения.

3. Обоснование выбора методов и средств измерения, анализа и передачи данных о качестве воды с учетом их эколого-экономической эффективности при практической реализации.

4. Разработка системы мероприятий по заблаговременному предупреждению и оповещению об ухудшении качества воды в области водозаборов водопроводных станций.

5. Оценка капитальных и ежегодные экономические затраты на организацию санитарно-гигиенического мониторинга р. Невы.

Для информационной поддержки разработки систем мониторинга были использованы геоинформационные системы [1, 5], обеспечивающие анализ больших объёмов разнородной информации, работу с картографическими базами данных. Функции ГИС для целей разработки систем мониторинга позволили решить задачи оперативного поиска данных, детализации рассматриваемого объекта, получения справочной информации. Встроенные алгоритмы ГИС обеспечивают: поддержку баз данных, работу с внутренним языком программирования, интеграцию с приложениями MS office, открытость архитектуры программы.

Графическое представление данных помещенных на карту, воспринимается намного лучше, чем большое количество различных графиков и диаграмм. Укрупнено- разработанная структура ГИС комплекса «Нева» содержит:

1) картографическую основу исследуемого участка р. Невы;

2) базы данных ПТС «Нева»;

3) модель имитационного моделирования переноса и превращения загрязняющих веществ.

В отличие от существующих подходов к нормированию антропогенной на -грузки, в работе предложена структура географической информации, обеспечивающая, с одной стороны, улучшение восприятия, с другой стороны, дающая географическую привязку промышленных предприятий. Картографическая информация включает: береговые линии водоемов; кварталы жилой застройки, улицы, малые реки, озера и пруды, промзоны, зеленые насаждения, промышленные предприятия и посты гидрологического и гидрохимического контроля.

В качестве базового программного продукта была взята программа АгсМо уег.9.1 американской фирмы Б8К1 - ведущего мирового лидера в области создания ГИС. На первом этапе была разработана ГИС-основа р. Невы [2].

Рис. 1. Схема участка р.Невы

К созданной ГИС-системе была подключена база данных, содержащая данные по р.Неве, включая основные притоки и рукава и базу данных предприятий с полной информацией о их водозаборе и сбросе сточных вод. В качестве базы данных для создания экологического банка данных по р.Неве был выбран программный продукт фирмы MS Office MS Access. Данная база содержит информацию более чем по 100 промышленным предприятиям, данные по постам гидрологического и гидрохимического контроля за многолетний период наблюдений.

С использованием базы данных было проведено: ранжирование предприятий по массам загрязняющих веществ, поступивших в водный объект от предприятий, районирование водных объектов по степени антропогенной нагрузки, идентификация концентраций различных загрязнителей на постах гидрохимического контроля за различные временные промежутки. Созданная база данных позволяет пользователю получать оперативный доступ к любой хранящейся в ней информации, делать широкий спектр выборок по интересующим показателям за любой временной период, осуществлять различные виды статистических обработок. На основе созданной базы данных было проведено ранжирование всех источников загрязнения по массовым сбросам загрязняющих веществ.

В базу были занесены следующие массивы информации: гидрологические данные, гидрохимические данные, данные о количестве сточных вод, поступивших в водный объект от конкретного предприятия, данные о массе загрязняющих веществ, поступивших в водный объект от конкретного предприятия.

Информационную основу созданной базы данных, охватывающей участок р. Нева - Невская губа- прибрежные зоны Финского залива, составила информация, полученная в ГУП “Водоканал” по всем его выпускам, включая общесплавные, хозяйственно-бытовые, дождевые и канализационные водовыпуски за период наблюдений с 1999 по 2004 годы. Были собраны среднегодовые данные за 2003 год по объёмам и химическому составу сточных вод городских предприятий, имеющих прямые водовыпуски в Неву или в прибрежные зоны Финского залива. Ин-

формация о фактическом состоянии качества воды в данной системе была получена по результатам наблюдений, проводимых на постах контроля Г оскомгидромета, и результатам анализов природной воды в водозаборных трубах водопроводных станций, принадлежащих ГУП “Водоканал” за пятилетний период наблюдений.

В созданный программный продукт была интегрирована модель имитационного моделирования процессов КДП и ПВ, реализованная на основе базовых продуктов: ППП “Г идроэкопрогноз” 2.97.001 с версиями ГЭП-01.02 и 03. Были реализованы алгоритмы расчёта процессов КДП и ПВ для двумерной нестационарной модели с постоянными и переменными параметрами [4].

Рис. 2. Программа Гидроэкопрогноз

Интегрированная модель имитационного моделирования позволила в реальном времени оценить состояние водной экосистемы при условии изменения различных параметров моделирования. Для проведения численных экспериментов исследуемая экосистема была разбита на участки с относительно однородными гидрологическими характеристиками.

Были проведены численные эксперименты по различным участкам и параметрам моделирования. Смоделированы аварийные ситуации и залповые сбросы.

На основе созданной бассейновой ГИС-системы были проведены следующие численные эксперименты:

1. На основании расчётных и натурных эпюр распределения концентраций загрязняющих веществ по ширине р. Невы показано, что влияние рек Мга, Тосна, Ижора и Славянка, впадающих с левого берега, не распространяется далее середины реки. Это предопределяет отсутствие влияния на водозабор СВС, расположенный в 100 метрах от правого берега.

2. Реки Мга и Тосна не влияют на водозабор ЮВС, а влияние рек Ижоры и Славянки определяется незначительным изменением максимальной концентрации до 10 %, кратностью разбавления в 67 раз для р. Ижоры, 256 раз для р. Славянки.

3. В случае возникновения одновременных чрезвычайных ситуации на реках Ижора и Славянка, максимальные концентрации загрязняющих веществ могут

увеличиться в 2 раза в створе водозабора ЮВС. На расстоянии 100 метров от берега, где расположен сам водозабор, это увеличение составит не более 50 %.

4. Состояние воды у водозабора ЮВС определяется преимущественно влиянием р. Ижоры. В 100 метрах от берега вклад р. Ижоры в увеличение концентрации составляет не менее 85 % от общего вклада рек.

5. Размещение и ввод в эксплуатацию АСК в помещениях СВС и особенно ЮВС позволит в реальном времени осуществлять защиту сооружений этих станций от аварийного загрязнения, а также осуществлять раннее предупреждение расположенных ниже по течению ВВС и ГВС станций о возникновении ситуаций аварийного загрязнения воды р. Невы, соответственно, за 2 и 4 часа.

ф обоша'іенке стк орох станинн отбора проб

пов. - 1,32 ч пов.-3,99 ч пов - 2,16 ч 5 пов. - 2,75 ч 8

I----------------1-----------------1-----------------1----------------1

сер.-1,54 ч сер. - 5,20 ч сер.-3,44ч сер.-3,00 ч

Рис. 3. Схема расположения постов контроля

Места расположения автоматических станций контроля диктовались репрезентативностью качества воды, близостью к водозаборам ГУП “Водоканал”, а также предполагаемой технической реализацией станций. Последнее обстоятельство привязывало их к существующим техническим сооружениям на русле реки (опоры мостов) и в береговой зоне (помещения водопроводных станций).

Географическая привязка предполагаемых створов контроля следующая:

1. Гидрологический пост в истоке р. Невы (станция Петрокрепость).

2. Один килоиетр ниже Ладожского моста (створ водозабора водопроводной

станции г. Кировска).

3. Пятьдесят метров выше Кузьминского моста (расположение станции во второй от левого берега опоре моста).

4. В устье реки Тосны.

5. У деревни Корчмино (створ водовыпуска перерабатывающего очистного комплекса СПКО-1).

6. В устье реки Ижоры.

7. В устье реки Славянки.

8. На водозаборе Северной водозаборной станции.

9. На водозаборе Южной водозаборной станции.

10. На водозаборе Волковской водозаборной станции.

11. На водозаборе Главной водозаборной станции.

Сценарии реагирования на несоответствие качества воды допустимым нормам:

1 - превышение критических уровней физико-химических показателей, влекущих высокую опасность бактериального загрязнения. При этом необходимо проинформировать контролирующие органы, произвести дополнительный отбор проб воды с целью дальнейшего их анализа на бактериологическое загрязнение, и в случае его выявления принять меры по устранению выявленных недостатков вплоть до прекращения подачи воды потребителям;

2 - превышение физико-химических показателей ПДК в питьевой воде. Необходимо проинформировать контролирующие органы и по их требованию потребителей, провести проверку технологии очистки воды, принять меры по устранению выявленных недостатков вплоть до прекращения подачи воды потребителям;

3 - превышение критических значений загрязнения воды, определяемых по результатам биоиндикации (гибель животных-биоиндикаторов или критическое изменение параметров их жизнедеятельности на фоне заметных изменений физико-химических параметров воды водоисточника). При этом следует немедленно информировать контролирующие органы и потребителей; принять экстренные меры вплоть до перекрытия заслонки водозабора и прекращения подачи воды потребителям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Интегрированное управление водными ресурсами Санкт-Петербурга и Ленинградской области / Опыт создания систем поддержки принятия решений. СПб.: Borey Print, 2001, 419 c.

2. Пряжинская В. Г., Ярошевский Д.М., Левит-Гуревич Л. К. Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 496 с.

3. Шишкин А.И., Горбунов Н.Е. Применение пакета Matlab для имитационного моделирования распределения концентраций в р. Луга // «Exponeta Pro, Математика в приложениях». М. 2003, С. 52-57.

4. Шишкин А.И., Епифанов А.В. Нормирование техногенной нагрузки для обеспечения безопасности водозаборов с применением ГИС-систем// Проблемы прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций и их последствий. СПб, 2004.

5. Тертычный Н.И., Трушевский В.Л.,.Шишкин А.И., Епифанов А.В. Отчет о научно-исследовательской работе по теме “Разработка проекта системы мониторинга водной системы р. Нева - Невская губа по биогенным элементам”. Ч. 2. - СПб.: СПбГУ НИИГ, 2005. - 209 с.

М. А. Тимошенко, Н. Н. Чернов ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТИЦ СИГАРЕТНОГО ДЫМА

Практически все процессы, происходящие в организме, занимают в пространстве наноразмеры. В настоящее время, с развитием нанотехнологий, стало возможным изучить силу взаимодействия наночастиц сигаретного дыма с проводящей средой дыхательного тракта.

Известно, что чем мельче частицы, тем глубже они проникают в легкие; связано это с тем, что верхние дыхательные пути являются фильтрами, задерживаю-