Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Смирнов Леонид Игоревич. Методика и геоинформационная технология оценки источников загрязнения на основе данных мониторинга атмосферных выпадений : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.35 / Смирнов Леонид Игоревич; [Место защиты: Всерос. науч.-исслед. ин-т геолог., геофиз. и геохим. систем].- Дубна, 2009.- 138 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1678


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

Введение 5

Глава 1. Обзор современных методик для мониторинга
атмосферных выпадений и оценки источников загрязнения 11

  1. Атмосферный воздух и источники загрязнения 11

  2. Методы исследования элементного состава атмосферы 15

  1. Аспирационные методы исследования атмосферного воздуха 16

  2. Седиментационные методы 18

  1. Биомониторинг 20

  2. Методы элементного анализа биологических образцов 23

  1. Атомно-абсорбционная спектрометрия 26

  2. Нейтронный активационный анализ 27

  3. Масс-спектрометрия 28

  4. Сравнительная характеристика методов элементного анализа 29

1.5 Обзор современных моделей для определения и
характеристики источников загрязнения 31

1.5.1 Дисперсионные модели 31

  1. Модели сохранения масс 33

  2. Многомерные модели 37

1.6 Геоинформационные системы (ГИС) 40

  1. Зарубежные ГИС 43

  2. Отечественные ГИС 45

  3. Программный комплекс ГИС ИНТЕГРО 46

Заключение по Главе 1 50

Глава 2. Методика определения локальных вариаций в данных

пространственного биомониторинга 52

2.1 Отношение сигнал/шум в биомониторинге 53

  1. Локальная точка 54

  2. Локальные вариации 55

  1. Гомогенизация образцов 55

  2. Локальная выборка 56

2.3.3 Локальная точка и площадь исследования 58

2.4 Определение локальной вариации данных с использованием
кригинг-интерполяции 59

Заключение по главе 2 63

Глава 3. Комплексная методика и геоинформационная технология
оценки источников загрязнения воздуха на основе анализа данных
биомониторинга атмосферных выпадений и ГИС моделирования 64

  1. Подготовка входной информации 64

  2. Факторный анализ 66

  3. Моделирование данных методом Монте-Карло 73

  4. ГИС-моделирование 75

  5. Идентификация источников загрязнения 80

  6. Программное обеспечение 81

Заключение к главе 3 82

Глава 4. Результаты апробации разработанной технологии для

биомониторинга атмосферных выпадений на Южном Урале 83

4.1 Краткая эколого-географическая характеристика Челябинской
области 84

  1. Общая характеристика промышленности 84

  2. Оценка экологической ситуации 85

4.2 Пробоотбор мха и почвы на Южном Урале 88

4.2.1 Пробоотбор мха 89

4.2.2 Пробоотбор почвы 93

4.3 Нейтронный активационный анализ образцов мха и почвы 93

4.3.1 ИНАА образцов мхов и почвы 94

4.4 Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) 97

4.4.1 ААС образцов мхов и почвы 97

  1. Радиометрия 97

  2. Контроль качества и достоверность аналитических результатов.. 98

  3. Элементный состав атмосферных выпадений на Южном Урале.. 99

4.8 Оценка источников загрязнения атмосферных выпадений на
Южном Урале 103

Заключение к главе 4 109

Список литературы 111

Приложение 1. Пространственные распределения химических

элементов в мхах Южного Урала 121

Приложение 2. Пространственные распределения химических

элементов в почвах Южного Урала 130



Введение диссертации:

На сегодняшний день проблемы техногенных выбросов и дальнейшей миграции в трофических цепях различных загрязняющих веществ принадлежат к самым актуальным. Один из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды - выбросы в атмосферу. Поэтому мониторинг техногенной нагрузки на воздушную среду является важнейшей задачей устойчивого развития экосистем. Особенно актуальна данная задача для промышленно развитых регионов с интенсивным и разнородным воздействием на окружающую среду. В этих условиях требуется комплексный учет многих факторов, влияющих на качество атмосферы. Каждый из этих факторов имеет свои специфические особенности, что приводит к необходимости использования для их учета разных математических моделей и баз данных.

Один из способов оценки и контроля техногенной нагрузки на воздушную среду — это мониторинг пространственно-временной изменчивости элементного состава атмосферных выпадений и распределения природных и техногенных эмиссий от конкретных источников загрязнения. Выпадения загрязнителей на поверхность почвы или растительности измеряют либо in situ, анализируя собранные сухие и влажные атмосферные осадки, либо путем пробоотбора и анализа биосубстратов, подверженных атмосферным выпадениям (биомониторинг).

Важным информационным звеном системы мониторинга и прогноза загрязнения атмосферы является геоинформационная подсистема (ГИС), которая обеспечивает ввод, обработку, интерпретацию и отображение пространственно-привязанных данных для их эффективного анализа и

решения задач моделирования экологической ситуации. Специфической

особенностью ГИС является тесная интеграция модулей, обеспечивающих ведение геоинформационной базы данных, с модулями математического моделирования загрязнения атмосферы. Используемая математическая модель получает исходные данные из базы данных ГИС, а результаты ее работы заносятся обратно в эту базу в виде соответствующих картографических и фактографических информационных слоев.

Однако в методической и технологической части этих задач до сих пор остаются определенные проблемы. Недостаточно проработаны вопросы количественного описания исследуемых факторов, оценки точности их расчета и математический аппарат для их обработки. Стандартные ГИС, используемые в качестве программно-аналитического обеспечения исследовательских и производственных проектов, несмотря на широкий круг функциональных возможностей, требуют дополнительной адаптации к особенностям геоэкологических задач.

Всем этим определяется актуальность разработки методики и геоинформационной технологии оценки источников загрязнения на основе данных мониторинга атмосферных выпадений.

Целью настоящей работы является создание методики и геоинформационной технологии оценки регионального загрязнения территорий и его источников на основе данных биомониторинга атмосферы.

Для достижения заданной цели в диссертационной работе последовательно решены следующие основные задачи.

1) Обзор и анализ существующих методик мониторинга распространения техногенных эмиссий в атмосфере и оценки источников загрязнения и определение возможностей информационных технологий в их реализации.

  1. Разработка способа расчета локальных вариаций наблюдаемых параметров в данных пространственного биомониторинга на основе ГИС-методов;

  2. Создание комплексной методики и геоинформационной технологии оценки источников загрязнения территории на основе рецепторной (факторной) модели пространственного распределения атмосферных выпадений, метода вариаций Монте-Карло исходных данных (алгоритмы обработки данных) и ГИС-технологий с учетом локальных вариаций признакового пространства.

  3. Апробация методики и программно-технологического обеспечения на примере биомониторинга атмосферных выпадений тяжелых металлов (ТМ), радионуклидов (РН) и других элементов. Идентификация источников загрязнения на территории с интенсивным антропогенным воздействием (Челябинская и юг Свердловской обл., Южный Урал).

Научная новизна.

  1. Впервые предложен способ расчета локальных вариаций в данных пространственного биомониторинга на основе ГИС- методов интерполяции.

  2. Создана комплексная методика и геоинформационная технология оценки источников загрязнения на основе ГИС, факторного анализа и метода вариаций Монте-Карло с учетом локальных вариаций признакового пространства.

  3. Уточнены данные о пространственных распределениях 35 химических элементов, включая редкоземельные и рассеянные элементы, в атмосферных выпадениях и поля загрязнения идентифицированных техногенных и природных источников на Южном Урале на основе

созданного геоинформационного проекта «Геоэкологический атлас Южного Урала».

Практическая значимость.

Разработанная технология нашла применение в научно-исследовательском проекте МАГАТЭ: "Биомониторинг атмосферных выпадений тяжелых металлов и радионуклидов в Челябинской области (Урал, Россия): временные и пространственные тренды". В результате апробации получены уточненные данные о пространственном распределении 35 химических элементов (в том числе радионуклидов) в атмосферных выпадениях и полей загрязнения идентифицированных источников загрязнения на Южном Урале.

Апробация работы.

Разработанная технология апробирована в научно-исследовательском проекте МАГАТЭ: "Биомониторинг атмосферных выпадений тяжелых металлов и радионуклидов в Челябинской области (Урал, Россия): временные и пространственные тренды".

Основные результаты диссертации докладывались: на III - VII научных конференциях молодых ученых и специалистов (г. Дубна, 1998-2003), на международных конференциях "Nuclear Analytical Methods in the Life Sciences" (Antalya, Turkey, 2002) и "Environmental Physics" (Minya, Egypt, 2004), на X-XII международных семинарах по взаимодействию нейтронов с ядрами, "International Seminars Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics" (г. Дубна, 2002-2004), на международных совещаниях НАТО "Мониторинг природных и техногенных отходов радионуклидов и тяжелых металлов в окружающей среде" (г. Дубна,

1999-2000), на координационных совещаниях МАГАТЭ "Validation and Application of Plants as Biomonitors of Trace Element Atmospheric Pollution, Analyzed by Nuclear and Related Techniques" (Lisbon, Portugal, 2002) и на первом координационном совещании по перспективам развития наук о жизни в ядерных центрах (Riviera, Golden Sand, Bulgaria, 2003).

Работа "Изучение атмосферных выпадений тяжелых металлов и радионуклидов на Южном Урале" была удостоена второй премии ОИЯИ на Конкурсе работ молодых ученых ОИЯИ на VII конференции молодых ученых и специалистов (г.Дубна, 3-8 февраля 2003 г.). Цикл работ по биомониторингу атмосферных выпадений тяжелых металлов с участием Л.И. Смирнова удостоен первой Премии на конкурсе лучших работ ОИЯИ 2003 года в номинации "Научно-технические прикладные исследования".

Публикации и личный вклад автора в решение проблемы.

Диссертация основана на методических и технологических исследованиях, выполненных автором в период с 1999-2006 г. Основные экспериментальные данные получены автором, включая анализ образцов методами нейтронного активационного анализа и гамма-спектрометрии, а также разработку методики и геоинформационной технологии оценки источников загрязнения на основе ГИС-моделирования, факторного анализа и метода вариаций Монте-Карло с учетом локальных вариаций признакового пространства. Разработка карты пробоотбора, опробование, атомно-абсорбционная спектрометрия проводилась совместно с к.ф-м.н. М.В. Фронтасьевой, д-ром Э. Стайнесом, д.т.н. В.Д. Черчинцевым, к.г-м.н. СМ. Ляпуновым. По результатам выполненных исследований автором опубликовано 9 печатных работ, в том числе две статьи опубликованы в «Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry» и две в журналах,

рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ («Геоинформатика» и «Атомная энергия»).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Работа содержит 103 страниц текста, включая 18 таблиц, 15 графиков и 40 рисунков и список литературы из 83 наименований.

Диссертация выполнена под научным руководством д.т.н. проф. Черемисиной Е.Н., которой автор выражает глубокую благодарность, а также благодарит научного консультанта, к.ф-м.н. Фронтасьеву М.В., д.т.н. Черчинцева В.Д., д-ра Стейннеса Э., д-ра Волтербика X., к.г-м.н. Ляпунова СМ., Павлова С.С. за консультации и помощь в работе.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций