Разработка и реализация базы данных учёта предприятий и источников загрязнения атмосферного воздуха городской территории

УДК 004.9 В. А. Глаголев

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ БАЗЫ ДАННЫХ УЧЁТА ПРЕДПРИЯТИЙ И ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ

Изучение экологического состояния атмосферного воздуха городской территории осуществляется в основном в крупных городах, однако анализ ситуации в малых и средних городах выполняется не в полном объёме. Ограниченные возможности контроля окружающей среды, связанные с состоянием инвентаризационной базы данных источников выбросов поллютантов и трудностью сбора разрозненной и неполной информации, находящейся в организациях различной ведомственной принадлежности, а также отсутствие аналитических информационных центров с необходимым оборудованием и программным обеспечением обуславливают необходимость создания универсальной геоинформационной системы качественной оценки загрязнения атмосферы городской территории.

Ключевые слова: атмосферный воздух, база данных, городская территория, источники загрязнения, оценка, прогноз, организации, поллютанты, электронные карты.

Изучение экологического состояния городской территории как антропогенно-изменённой среды базируется, в первую очередь, на выделении и изучении геоэкологических проблем, возникающих в результате нарушения равновесия между объёмом поллютантов и способностью окружающей среды к самоочищению [1]. Средние и малые города редко являются объектами комплексных исследований, несмотря на то, что многие из них относятся к экологически неблагополучным территориям. Анализ ситуации в них характеризуется двумя типа особенностей, которые затрудняют и облегчают проведение исследований одновременно. К первому типу относятся: ограниченные возможности контроля окружающей среды, связанные с состоянием инвентаризационной базы данных; трудность сбора разрозненной и неполной информации, находящейся в организациях различной ведомственной принадлежности; отсутствие аналитических информационных центров с необходимым оборудованием и программным обеспечением [8]. Особенностями второго типа являются: значительно более лёгкая возможность учёта региональных закономерностей, например, функциональной структуры городской территории, размещения промышленных комплексов, выделе-

Глаголев Владимир Александрович — кандидат географических наук, доцент (Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема, Биробиджан); e-mail: glagolev-jar@yandex.ru

© Глаголев В. А., 2018

55

ния маркерных поллютантов и т. д.; возможность классификации территорий разных городов по характеру антропогенной нагрузки для разработки методов обработки данных по состоянию окружающей природной среды и моделированию её динамики.

Для средних городов российского Дальнего Востока одной из основных экологических проблем является качество атмосферного воздуха, определяемое выбросами загрязнителей. Причём преобладающее количество городов можно отнести к так называемому «топливно-транспортному» типу, когда основными источниками загрязнения являются предприятия топливно-энергетического комплекса и автотранспорт, а особенности климата проявляются в закономерностях распределения поллютантов в приземных слоях атмосферы и в различной способности её к самоочищению в течение года.

Целью работы является разработка и реализация базы данных учёта предприятий и их источников загрязнения городской территории на примере г. Биробиджана Еврейской автономной области.

Задачами работы являются: анализ моделей оценки качества атмосферного воздуха и их параметров; проектирование базы данных предприятий и источников выбросов; проведение верификации базы данных и её применение на примере городской территории Биробиджана.

В отечественной практике наиболее разработанным считается полуэмпирический подход, развиваемый специалистами Главной геофизической обсерватории имени Воейкова [7]. Математическая модель рассеяния примеси в атмосфере от стационарных и передвижных источников получила статус нормативного документа ОНД-86 для использования его различными государственными учреждениями всех уровней при проведении проектных и контрольных расчётов, составления сводных томов предельно допустимых выбросов для предприятий и целых территорий. Несмотря на очевидные преимущества данной модели как действующего, многократно опробованного инструмента, существует ряд принципиальных недостатков, ограничивающих применение данной методологии для оценки распространения выбросов автотранспорта в условиях стеснённой городской застройки [2, 4].

Управление атрибутивной частью данных при пространственной оценке загрязнения атмосферного воздуха в работе возложено на систему управления базами данных [5, 9], встроенную в инструментальную геоинформационную систему. Интеграция достигается с применением географического ключа (ГК), обеспечивающего обработку данных в контексте пространственной близости и тематического ключа идентификации данных (ТК). Так, с помощью географического ключа MAPINFO_ID из БД Microsoft Access [3] переносится информация на векторные слои ГИС MapInfo Professional. Логическая структура таких атрибутивных и пространственных данных представлена в виде E-R-диаграммы [6], описывающей схему данных и состав таблиц реляционной БД (рис. 1).

56

Рис. 1. Логическая структура базы данных организаций и источников загрязнений

Разработанная реляционная база данных включает 6 таблиц: «Предприятия» (COMPANY), «Производство» (SOURCE), «Продукция» (PRODUCT), «Источники загрязнения» (SOURCE_POLLUTTION), «Пол-лютанты» (POLLUTION). Таблицы связаны с помощью первичных и внешних ключей, первый из них определяет однозначные не повторяющиеся записи в таблицах: «Предприятия», «Производство», «Продукция», «Источники загрязнения», «Поллютанты». Второй ключ связывает вышеперечисленные таблицы по ключу в таблице «Объём выбросов».

Таблица «COMPANY» содержит сведения о предприятиях, размещённых на исследуемой территории, и включает следующие атрибуты: MAPINFO_ID (ГК), ID_COMPANY (ТК), NAME - наименование предприятия; ADRES — фактический адрес. Таблица «SOURCE_POLLUTTTON» содержит данные источников загрязнения, принадлежащие предприятиям: MAPINFO_ID (ГК), ID_SOURCE (ТК); ID_COMPANY (внешний ключ таблицы «Предприятия»); Manufacture (наименование производства источника загрязнения); NAME (наименование источника загрязнения); PRODUCT (наименование выпускаемой продукции); WORK (время работы источника в год (час)); SEASON (сезон работы источника загрязнения); HEIGHT (высота источника (м)); TEMPERATURE (температура выброса смеси (с)); DIAMETR (диаметр устья источника (м)); SPEED (скорость выхода газовой смеси (м/с)); Weight (количественная масса вещества в объёме). Таблица «VOLUME_EMISSIONS» содержит данные объёмов выброса загрязнителей: ID_VOLUME (ТК); ID_SOURCE (внешний ключ таблицы «SOURCE_POLLUTION»), ID_POLLUTION (внешний ключ таблицы «POLLUTION»); WEIGHT (количество вещества, отходящего от источника выделения (т / год)); YEAR_PASSPORT (год экологической паспортизации источника загрязнения). Таблица «POLLUTION», содержит сведения о пол-лютантах источников загрязнения: ID_POLLUTION (ТК); KOD (код загряз-

57

няющего вещества); NAME (наименование вещества); FORMULA (формула вещества); PDKMR (ПДКмр); PDKSS (ПДКсс); CLASS (класс вещества); PRIM (примечание).

С помощью разработанной базы данных проведено исследование качества атмосферного воздуха городской территории на примере г. Биробиджана Еврейской автономной области. Основные источники загрязнения в городе представлены тремя комплексами: промышленными предприятиями; автомобильным транспортом; теплоэлектроцентралью с системой котельных. На долю каждого комплекса приходится 19,6; 53,8 и 27,6 процентов от общего годового объёма выбросов соответственно. Первые два комплекса можно считать стационарными, а третий комплекс характеризуется выраженной внутригодовой динамикой: зимний период выбросов основных загрязнителей превышает летний. Реестр поллютан-тов базы данных включает описание 178 элементов, в которые входят оксиды азота, серы, углерода, соединения тяжёлых металлов; кислоты; углеводороды, твёрдые вещества. Главным источником загрязнения в течение всего года является Биробиджанская ТЭЦ, а также в зимнее время добавляются котельные отдельных предприятий города, например, «МУП Би-робижантеплоэнерго».

В базе данных содержатся 50 экологических паспортов предприятий города, они включают данные об источниках загрязнения (производство) и объёмах их выброса: котельные, гаражи, автозаправочные станции, цеха и т. д. Данные для расчётов загрязнения атмосферного воздуха собраны по 31 котельной (рис. 2).

Заполнение базы данных осуществляется посредством авторского приложения, разработанного в среде программирования RAD Studio Delphi 2010, ввод данных поллютантов экологического паспорта происходит в форме «Загрязняющие вещества», указывается уникальный код вещества, формула, класс вещества и предельные концентрации (рис. 3).

В форме «Источники загрязнения» отображается список источников загрязнений, указываются физические характеристики объектов либо только производственные сведения согласно экологическим паспортам. В форме «Объёмы выбросов источников» сосредоточены данные по выбросам источников загрязнения, указываются загрязняющие вещества и объём выброса в течение года.

Для построения карт распределения поллютантов в атмосферном воздухе согласно методике ОНД-86 территория города была разбита на операционно-территориальные единицы (ОТЕ) размером 100*100 метров. Для каждого источника загрязнения создавался полигон (качественной оценки) или окружность (количественной оценки), в ареале которых достигаются максимальные выбросы. Далее данный полигон разбивался на совокупность вложенных в него ОТЕ для подсчёта количества источников загрязнения или концентрации загрязняющих веществ в заданной ОТЕ.

58

Рис. 2. Размещение источников загрязнения атмосферного воздуха на территории г. Биробиджана

Рис. 3. Внешний вид форм работы с базой данных

Ниже представлены полученные электронные карты загрязнения атмосферного воздуха в летнее и зимнее время. Под интенсивностью

59

загрязнения понимается количество источников загрязнения, имеющих максимальные выбросы на участке территории. В летнее время загрязнение атмосферного воздуха наблюдается от 9 источников в микрорайонах «Сопка», «Биробиджан-2», «Партизанский», «Микрорайон-А», «Ту-калевский», ярко выраженного качественного загрязнения городской территории не обнаружено (рис. 4). Большая часть загрязнения приходится на Биробиджанскую ТЭЦ.

Рис. 4. Интенсивность загрязнения территории в летнее время

Максимальное загрязнение атмосферного воздуха городской территории в зимнее время фиксируется в двух районах: «Заречье» и «Партизанский». Сосредоточено на данной территории около 24 — 29 источников. Фоновая концентрация в зимнее время преобладает в микрорайонах «Биробиджан-2» и «Мясокомбинат», расчётные концентрации в 5 раз превышают ПДК (рис. 5).

В результате моделирования загрязнения атмосферного воздуха городской территории выделены микрорайоны благоприятного проживания, находящиеся на правом берегу р. Биры: «3-й микрорайон», «Мик-рорайон-А», «Железнодорожный» и «Кирпичики». Точки отбора проб загрязнения атмосферы необходимо разместить в микрорайонах «Биро-биджан-2», «Заречье», «Мясокомбинатский», «Партизанский» и «Фиб-ралит за Икурой».

60

Рис. 5. Фоновое загрязнение территории в зимнее время

Таким образом, разработанная база данных учёта предприятий и источников загрязнения атмосферного воздуха позволяет хранить ежегодные данные экологических паспортов предприятий, выполнять оценку загрязнения городской территории при интеграции таблиц баз данных с ГИС, упрощать процедуры экологического прогноза и оценку комплексного воздействия на природную среду городской территории, оперативно выявлять аномалии загрязнения атмосферного воздуха городской территории и принимать необходимые меры для их устранения.

Список литературы

1. Балунца В. И. Геоэкологическое районирование крупного города: подходы, понятийный аппарат, принципы / / География и природные ресурсы. 1990. № 1. С. 16-19.

2. Берлянд М. Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидроме-теоиздат, 1985. 272 с.

3. Виллариал Б. Программирование Access 2002 в примерах: пер. с англ. М.: КУ-ДИЦ-ОБРАЗ, 2003. 496 с.

4. Воробейчик Е. Л., Садыков О. Ф., Фарафонтов М. Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург: Наука, 1994. 280 с.

5. Гитис В. Г. Основы пространственно-временного прогнозирования в геоинформатике. М.: Физматлит, 2004. 256 с.

6. Карпова Т. С. Базы данных: модели, разработка, реализация. СПб.: Питер, 2001. 304 с.

7. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий «ОНД-86». СПб.: Гидрометеоиздат, 1987. 93 с.

61

8. Савиных В. П., Крапивин В. Ф., Потапов И. И. Информационные технологии в системах экологического мониторинга. М.: Геодезкартиздат, 2007. 392 с.

9. Шаши Ш., Сапжей Ч. Основы пространственных баз данных: пер. с англ. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2004. 336 с.

•Je -Je -Je

Glagolev Vladimir A.

DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION DATABASE OF ENTERPRISES AND SOURCES OF AIR POLLUTION IN URBAN AREAS

The study of the ecological state of the atmospheric air of an urban area is carried out mainly in large cities, however, the analysis of the situation in small and medium-sized cities is not fully performed. The limited environmental monitoring capabilities associated with the state of the inventory database of pollutant emission sources and the difficulty of collecting disparate and incomplete information found in organizations of various departmental affiliation, as well as the lack of analytical information centers with the necessary equipment and software, necessitate the creation of a high-quality geo-information system assessment of the pollution of the atmosphere of the urban area.

Keywords: air, database, urban area, emission sources of pollutants, evaluation of pollution of atmospheric air, organization, pollutants, electronic maps of the territory.

References

1. Balunca V. I. Geoecological zoning of a large city: approaches, conceptual apparatus, principles [Geoehkologicheskoe rajonirovanie krupnogo goroda: podhody, ponyatijnyj apparat, principy], Geografiya i prirodnye resursy, 1990, no. 1, pp. 16—19.

2. Berlyand M. E. Prognoz i regulirovanie zagryaznenie atmosfery (Forecast and regulation of air pollution), Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1985. 272 p.

3. Villarial B. Programmirovanie Access 2002 v primerah (Programming Access 2002 in the examples), Moscow, KUDIC-OBRAZ Publ., 2003. 496 p.

4. Vorobejchik E. L., Sadykov O. F., Farafontov M. G. Ekologicheskoe normirovanie tekhnogennyh zagryaznenij nazemnyh ehkosistem (lokal'nyj uroven') (Ecological rationing of technogenic pollution of terrestrial ecosystems (local level)), Ekaterinburg, Nauka Publ., 1994. 280 p.

5. Gitis V. G. Osnovy prostranstvenno-vremennogo prognozirovaniya v geoinformatike (Basics of space-time prediction in geoinformatics), Moscow, Fizmatlit Publ., 2004. 256 p.

6. Karpova T. S. Bazy dannyh: modeli, razrabotka, realizaciya (Databases: Models, Development, Implementation), St. Petersburg, Piter Publ., 2001. 304 p.

7. Metodika rascheta koncentracij v atmosfernom vozduhe vrednyh veshchestv, soderzhashchihsya v vybrosah predpriyatij «OND - 86» (The method of calculating the concentration in the air of harmful substances contained in emissions of the OND -86 enterprises), St. Petersburg, Gidrometeoizdat Publ., 1987. 93 p. (In Russ.).

8. Savinyh V. P., Krapivin V. F., Potapov I. I. Informacionnye tekhnologii v sistemah ehkologicheskogo monitoring (Information technologies in environmental monitoring systems), Moscow, Geodezkartizdat Publ., 2007. 392 p.

9. SHashi SH., Sapzhej CH. Osnovy prostranstvennyh baz dannyh (Fundamentals of spatial databases), Moscow, KUDIC-OBRAZ Publ., 2004. 336 p.

•Jc -Jc -Jc

62