авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Теория и методы управления качеством гидросферы территориально-производственных комплексов

-- [ Страница 3 ] --
  • существует единственная зависимость h : Rm Rn между входной X и выходной Y величинами;
  • задан класс F – класс структур отображений;
  • задана (n x m) матрица Х значений входной величины (выборка):
  • Y = (+1,…, +n), где ,…, - истинные значения выходной величины в n точках, = (1,…,n) - ошибка наблюдений, причем величины I, (I=1,…,n) предполагаются случайными, независимыми, одинаково распределенными с нулевым математическим ожиданием и конечной дисперсией.

В этих предположениях требуется решить задачу нахождения такой структуры f* F, что S(f*) = или (если f* F) такой структуры fe F, что

S(fe) = + , > 0.

Реализацией методики идентификации прогностической модели массопереноса загрязняющих компонентов подземных вод является модернизированный комбинаторный алгоритм МГУА, который базируется на индуктивном подходе к моделированию сложных природно-техногенных процессов.

Автор, учитывая один из основных принципов теории МГУА - принцип "свободы выбора решений", дифференциальное уравнение конвективно-диффузионного переноса мигранта в двумерном потоке ([4] (2)), использует полное описание класса структур для идентификации процесса массопереноса загрязняющих компонентов подземных вод вида

(8)

+,

где: с – концентрация ионов загрязняющего компонента (например, железа или марганца) в подземных водах (прогнозируемая переменная в мг/л); а1 – а4 - соответствующие коэффициенты при производных; t - время; x, y - пространственные координаты; k – запаздывание по времени, k = 1, 2, 3;1 - водоотбор в тыс.м3/сут; 2 - температура воздуха в C0;3 – осадки в мм; 4 - рН поверхностных вод; 5 - содержание О2 в поверхностных водах водохранилища мг/л; 6 - содержание ионов хлора в поверхностных водах водохранилища мг/л; а5 - а10 - соответствующие коэффициенты при 1 - 6; а11 - свободный член.

Соответственно (8), конечно-разностное уравнение будет иметь вид:

= ++ (9)

++ + +++

+ ++ + +

++

+a31.

Методику структурной идентификации процессов массопереноса загрязняющих компонентов подземных вод реализует алгоритм идентификации прогностических моделей процесса геомиграции, который можно представить в виде цепочки, состоящей из 8 блоков и 10 этапов. Перечислим их.

  1. Построение сетки на области моделирования (блок А).
  2. Формирование модели, исходя из полного описания (9).
  3. Определение зависимых величин среди подлежащих перебору параметров (блок B).
  4. Задание частного описания. Определение коэффициентов модели по методу наименьших квадратов (блок С).
  5. Определение значения критерия несмещенности (n) модели (блок D).
  6. Определение значения критерия сходимости (i) для N1 лучших по критерию несмещенности моделей (блок E).
  7. Определение значения критерия эпигнозного прогноза (p) для N2 лучших по критерию сходимости моделей (блок F).
  8. Определение комбинированного критерия Ks (блок G).
  9. Получение долгосрочного прогноза на 5 - 10 шагов по времени (шаг по времени выбирается 1 год).
  10. Выбор оптимальной модели по "сценарному" критерию (блок H).

В пятой части описаны исследования по изучению состояния гидросферы ПТС ТПК г. Воронежа, которые включали исследования по прогнозной оценке загрязнения вод гидросферы в системе ТПК г. Воронежа. Исследования проводились в период 1998 - 2008 гг. и преследовали общую цель разработку концепции развития водоснабжения города Воронежа и обеспечение жителей г. Воронежа питьевой водой требуемого качества.

Идентификация процессов массопереноса загрязняющих компонентов подземных вод была проведена для ПТС ВПВ №3, 4, 8 и 11 с целью оптимизации режима их эксплуатации. В качестве предмета исследования были выбраны основные загрязнители подземных вод в ПТС ТПК г.Воронежа ионы железа и марганца. Исследования по идентификации процессов массопереноса ионов железа и марганца в ПТС ТПК г.Воронежа покажем на примере ПТС ВПВ №11. В ходе эксперимента по идентификации массопереноса ионов железа и марганца рассматривалась ПТС ВПВ №11 с размерами 8000 м x 10000 м соответственно осям X и Y, которая была разбита равномерной сеткой с шагом 50 м.

Содержание ионов железа колебалось в диапазоне 0,05 - 9,7 мг/л, а ионов марганца в диапазоне 0,04 - 2,7 мг/л. Анализ данных режимных наблюдений за химическим составом подземных вод ПТС ВПВ №11 и параметрами ПТС ТПК г.Воронежа показал (рис.9 - 10), что содержание ионов железа в подземных водах коррелирует с изменениями температуры воздуха.

 Содержание ионов железа в подземных водах ВПВ № 11 В связи с большой-66

Рисунок 9 - Содержание ионов железа в подземных водах ВПВ № 11

В связи с большой протяженностью ВПВ №11 (около 4 км, см. табл.2) была проведена квантификация ПТС ВПВ №11 на подсистемы с целью выявления особенностей процесса массопереноса ионов железа и марганца.

 Температура воздуха в ПТС ТПК г.Воронежа При квантификации ПТС ВПВ №11-67

Рисунок 10 - Температура воздуха в ПТС ТПК г.Воронежа

При квантификации ПТС ВПВ №11 учитывалось то, что в середине 80-х годов прошлого столетия производилось расширение ВПВ №11 за счет намыва берега. До намыва территория ВПВ представляла заболоченную пойму. Поэтому ставилась проблема рассмотреть модель ВПВ №11 с учетом расположения отдельных ЭС в районах заболоченных участков (рис.6).

Всего было выделено 3 подсистемы:

  • 1 подсистема – ЭС № 14, 17 и 18 (южная зона ПТС ВПВ №11);
  • 2 подсистема – ЭС № 28, 29 и 45 (северная зона ПТС ВПВ №11);
  • 3 подсистема – ЭС № 9, 10, 11 и12 (центральная зона ПТС ВПВ №11).

Для получения прогностической модели массопереноса ионов железа принятые модели были оценены по критерию эпигнозного прогноза и сценарному критерию. С учетом полного описания 9 модель процесса массопереноса ионов железа в ПТС ВПВ №11 представлена выражением 10

+0,151 - 0,000021 + (10)

+ 0,071 + 0,1 + 1,82.

Анализ выражения 9 показывает, что массоперенос ионов железа в ПТС ВПВ №11 связан с миграцией железа по площади депрессионной воронки, на что указывает вторая производная по Х, присутствующая в модели с запаздыванием (-2), что соответствует значительным размерам ПТС ВПВ №11. Наличие в модели температурного параметра подтверждает сделанные предварительные выводы о влиянии температуры воздуха на содержание ионов железа в подземных водах ВПВ №11. Влияние Воронежского водохранилища отражено в модели параметром содержания О2 в поверхностных водах водохранилища.

Аналогично были получены модели процесса массопереноса ионов железа подсистем ПТС ВПВ №11

Подсистема №1

- 0,834 + 4,633 +

+ 0,00008 + 0,1 - 12,18. (11)

Подсистема №2

+ 0,0077 + 0,000031 + 0,407 - 6,914. (12)

Подсистема №3

- 1,06 + 0,84 + (13)

+ 0,64 +0,37 -0,00057 -

- 1,16 - 6,41 + 126,5.

Результаты моделирования показывают, что процесс массопереноса ионов железа для различных подсистем ВПВ №11 различается. Для первой подсистемы миграция ионов железа происходит непосредственно во внутренних областях депрессионной воронки ВПВ (наличие соответственно первой производной по Х), что может свидетельствовать о наличии источника загрязнения непосредственно в этой области. В то же время следует отметить, что у модели второй подсистемы присутствует первая производная по оси Y, что может свидетельствовать о миграции ионов железа из водохранилища, так как подсистема географически располагается ближе других подсистем к урезу водохранилища. Модель третьей подсистемы содержит производные как по оси Х, так и по оси Y. Эту особенность можно объяснить тем, что третья подсистема находится как раз как по центру депрессионной воронки ПТС ВПВ №11, так и в центре захороненных болотных отложений, в результате чего загрязнение поступает со всех сторон.

Следует отметить отсутствие у моделей второй и третьей подсистем запаздывания по времени у параметра водоотбора (), либо его незначительное запаздывание (-1) у модели первой подсистемы, что может также свидетельствовать, что загрязнение находится непосредственно в районе депрессионной воронки.

Предварительный анализ данных режимных наблюдений за химическим составом подземных вод ПТС ВПВ №11 и параметров ПТС ТПК г.Воронежа показал, что содержание ионов марганца в подземных водах колеблется аналогично изменениям температуры воздуха и количеству осадков.

В результате проведения эксперимента по идентификации прогностических моделей массопереноса ионов марганца в подземных водах ПТС ВПВ №11 были получены следующие модели

Общая

+0,071 - 0,000049 + (14)

+ 0,008 - 0,129 - 0,011 + 6,857.

Подсистема №1

+ 0,392 - 1,527 +

+ 0,000003 - 0,242. (15)

Подсистема №2

+ 0,051 + 0,131 - (16)

- 0,291 - 0,000003 + 0,002 - 0,002 + 0,31.

Подсистема №3

- 0,8 + 1,35 - (17)

- 1,53 - 2,18 - 0,87 +

+ 0,958 - 0,000034 - 0,04 + 5,54.

Анализ выражения (14) показывает, что массоперенос ионов марганца в ПТС ВПВ №11 связан с миграцией марганца по площади депрессионной воронки, на что указывает первая производная по Х, присутствующая в модели с нулевым запаздыванием, что соответствует предварительным выводам о местном источнике загрязнения. Наличие в модели параметра количества осадков () подтверждает сделанные предварительные выводы о влиянии количества осадков на содержание ионов марганца в подземных водах ВПВ №11. Влияние Воронежского водохранилища отражено в модели параметром pH поверхностных вод водохранилища.

Результаты моделирования показывают, что процесс массопереноса ионов марганца для различных подсистем ВПВ №11 имеет много похожего. Для всех подсистем характерно наличие производных как по оси Х, так и по оси Y, что свидетельствует о миграции ионов марганца непосредственно во внутренних областях депрессионной воронки ВПВ и подтверждает версию о наличии источника загрязнения непосредственно в этой области, но в то же время следует отметить, что возможен и массоперенос ионов марганца из водохранилища (особенно это касается второй подсистемы).

Следует отметить у всех моделей незначительное (-1) запаздывание по времени у параметра водоотбора (), что может также свидетельствовать, что загрязнение находится непосредственно в районе депрессионной воронки.

В целом можно сделать вывод, что проведенная квантификация позволила значительно повысить КЗР (1). Переход на подсистемы при изучении процесса массопереноса ионов железа в ПТС ВПВ №11 позволил увеличить КЗР с 70% до 89,5%, а для случая моделирования процессов массопереноса ионов марганца КЗР увеличилось с 24% до 95,5%. Значительное улучшение КЗР для моделей подсистем массопереноса ионов железа и марганца, по-видимому, можно объяснить тем, что загрязнение подземных вод может быть обусловлено наличием местного источника загрязнения в виде погребенных болотистых отложений поймы р.Воронеж. Месторасположение болотистых участков (рис.6) и их мощность и определяют их влияние на процессы массопереноса ионов железа и марганца в ПТС ВПВ №11.

Аналогичные исследования были проведены для ПТС ВПВ № 3, 4 и 8 и получены прогностические модели процессов массопереноса ионов железа и марганца (табл.1).

Таблица 1 – Модели геомиграции ионов железа и марганца в ПТС ВПВ №3, 4 и 8 г.Воронежа

№ ВПВ Под- система Ком- понент Модель Пог-решность (%)
3 Общая Fe +1,103 - 0,046 +1,408 4,5
Mn + 0,244 - 0,191 - 0,003 - -0,041. 0,7
4 Общая Fe = 0,52+0,00005 - 0,835 -0,163 -0,003 + 10,15 6,6
Mn - 0,004- 0,00002 - 0,009 + 1,23 3,9
8 Общая Fe -0,345 + 0,722 - 0,21 + 0,127 - 0,289 + 0,333 + 0,097 + 29,35 6
Mn -0,09 + 1,109 - 0,62 + 0,828 - 0,009 + 0,077 + 0,67 43,3
1 Fe - 1,135 + 0,678 + 1,067 - 83,67 4,4
Mn - 2,76 + 0,9 + 0,21 +0,26 - 0,029 + 0,01 + 2,6 5,7
2 Fe - 152,73 + 200,035 - - 0,44 + 52,18 2
Mn +55,1 +318,6 -4,2-2,39 - 0,08 - 0,003 -0,01 + 10,0 0,01
3 Fe - 289,4 + 65,8 + + 0,608 + 1,325 + 0,01 + 0,004 - 73,91 1
Mn - 143,6 - 418,6 + + 0,731 - 0,011 + 0,007 + 4,75 4


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.