Совершенствование оценки пылевого загрязнения атмосферы урбанизированных территорий с учетом плотности застройки

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Богомолов Сергей Александрович
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА УР- 11
БАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
1.1. Характеристика загрязнения атмосферы урбанизированной тер- 11
ритории
1.2. Математические модели рассеивания твердых частиц в атмосфере 16
города
1.3 Влияние застройки на рассеивание примесей в воздухе города
1.4 Динамические модели для исследования сезонных колебаний за- 26
грязнения атмосферы города
1.5. Обоснование направлений исследования 31
Выводы по первой главе 32

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАССЕИВАНИЯ 33
ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
2.1 Исследование дисперсного состава пыли городской воздушной 33
среды
2.2 Оценка влияния застройки и гидрометеорологических параметров 36
на распространение пыли в атмосферном воздухе города
2.3. Оценка экологического риска от воздействия пыли с учетом плот- 48
ности застройки
Выводы по второй главе 54

ГЛАВА 3 ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА АТМО- 55
СФЕРЫ ГОРОДА
3.1 Анализ возможности использования подхода Байеса при оценке 55
качества воздушной среды урбанизированной территории
3.2. Оценка содержания твердых частиц в атмосфере города
3.3. Прогноз качества атмосферного воздуха урбанизированных тер- 63
риторий
3.4. Обоснование репрезентативного числа проб воздуха при иссле- 64
довании его качества
3.5. Исследование динамической изменчивости содержания примесей 67
атмосферы города
Выводы по третьей главе 72

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИС- 73
СЛЕДОВАНИЙ
4.1. Разработка рекомендаций по укрупненной оценке концентрации 73
пыли в атмосфере города с учетом плотности застройки
4.2. Мероприятия по снижению загрязнения атмосферы города
4.2.1. Разработка фильтрующего материала для рукавных фильтров 75
систем очистки выбросов предприятий строительного комплекса
4.2.2. Опытно-промышленные испытания рукавных фильтров с рука- 87
вами из предложенных материалов 3

4.3. Расчет предотвращенного эколого-экономического ущерба 89

Выводы по четвертой главе 90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 93
Приложение А. Расчет математической зависимости между 112
параметром оптимизации Y1 – эффективность улавливания
твердых частиц, %  и влияющими факторами по плану В3
Приложение Б. Расчет математической зависимости между 113
параметром оптимизации Y2 – аэродинамическое сопротив-
ление, Па  и влияющими факторами по плану В3
Приложение В. Акт №1 об использовании результатов диссер- 114
тационной работы
Приложение Г. Акт №2 об использовании результатов диссер- 115
тационной работы
Приложение Д. Акт №3 об использовании результатов диссер- 116
тационной работы
Приложение Е. Условные обозначения 117

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, степень ее разрабо-
танности, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, показаны
новизна, теоретическая и практическая значимость работы, приведены методо-
логия и методы диссертационного исследования, положения, выносимые на за-
щиту, обоснована степень достоверности и показана апробация работы.
В первой главе дана оценка современного состояния вопроса и выбраны
направления исследования. Экологическая безопасность городской среды в зна-
чительной степени определяется загрязнением атмосферы твердыми частицами,
существенная часть которых поступает вместе с выбросами предприятий строи-
тельной индустрии.
При исследовании процессов переноса примесей в атмосфере на территории
города необходимо учитывать характеристики городской застройки, т.е.
плотность застройки, размеры строений, способ их расположения, которые в зна-
чительной мере определяют ветровой режим на урбанизированной территории,
что учитывается не всеми известными моделями рассеивания твердых частиц в
атмосфере.
Кроме того, показатели загрязнения атмосферы города обладают значитель-
ной временной изменчивостью, в том числе и сезонной, поэтому
для полной характеристики состояния атмосферы урбанизированной террито-
рии необходимо разрабатывать динамические статистические модели.
Во второй главе исследованы особенности рассеивания пыли в воздухе ур-
банизированной территории с учетом плотности застройки. Наиболее неблаго-
приятен для здоровья людей район, где в атмосфере максимально содержание
мелкодисперсной пыли. Целесообразно изучить особенности рассеивания пыли
именно в таком районе.
С этой целью исследован дисперсный состав пыли по районам города Волго-
града. Для проведения анализа были отобраны пробы пыли в Центральном, Крас-
ноармейском и Краснооктябрьском районах г. Волгограда, отличающихся по
экологическому состоянию, техногенной нагрузке, особенностями застройки.
Отбор проб проводили в 10 точках один раз в неделю в течение 12 месяцев с
учетом пиковой нагрузки автотранспорта. Точки отбора проб выбраны так,
чтобы учесть максимальную техногенную нагрузку района. Число проб выбрано
таким образом, чтобы обеспечить доверительную вероятность выборки на
уровне 95%. Дисперсный состав определялся методом микроскопии.
Проведенный анализ показал, что наибольшее содержание мелкодисперсных
частиц в атмосфере, представляющих значительную опасность для человека, ха-
рактерно для Красноармейского района (РМ10 =85%,РМ2,5 =3 %), дальнейшие ис-
следования проводились в этом районе города. Интегральные функции распре-
деления массы частиц по диаметрам даны на рис. 1 .
D(dЧ ), %

dЧ , мкм

Рис.1. Интегральная функции распределения массы частиц по диаметрам в
пробах, отобранных в Красноармейском районе г. Волгограда

Для общей оценки влияния застройки городских поселений на рассеивание
вредных веществ использовали нормативный показатель плотности застройки
территориальных зон – коэффициент плотности застройки, т.е. отношение пло-
щади всех зданий и сооружений к площади квартала или участка.
При исследовании применен метод зонирования, т.е. неоднородная город-
ская территория была представлена в виде набора «квазиоднородных зон», каж-
дая из которых имела одинаковое значение коэффициента плотности застройки.
На территории Красноармейского района г. Волгограда были выделены «квази-
однородные зоны» с коэффициентом плотности застройки Кп = 0,5(зона за-
стройки малоэтажными и многоквартирными жилыми домами до 4 этажей ), Кп
= 0,8 (зона застройки малоэтажными и многоквартирными жилыми домами до 4
этажей на территориях, планируемых к реорганизации), Кп = 1,0(застройки мно-
гоэтажными многоквартирными жилыми домами 5 этажей и выше), Кп = 1,4(зона
смешанной застройки жилыми домами). Коэффициент плотности застройки при-
нимали на основе утвержденных региональных нормативов градостроительного
проектирования по Волгоградской области.
Для исследования влияния гидрометеорологических параметров и плотности
застройки на рассеивание пыли был использован метод корреляционно – регрес-
сионного анализа. В качестве основных влияющих факторов были выбраны:
удельная нагрузка загрязнения пылью на атмосферу рассматриваемой «квазиод-
нородной зоны» (Р), температура воздуха (Т), влажность(W), скорость ветра (V),
и коэффициент плотности застройки рассматриваемой «квазиоднородной зоны»
(Кп). Удельная нагрузка загрязнения пылью на атмосферу «квазиоднородной
зоны» Р оценивалась по балансовой методике В.Н. Азарова – Т.В. Донцовой .
Экспериментальные наблюдения проводили по ГОСТ 17.2.3.01-86, РД 52.04.186-
89 по полной программе в 1,7,13,19 часов на протяжении 2013-2017 гг. Число
замеров выбрано таким образом, чтобы обеспечить доверительную вероятность
выборки на уровне 95%.
Для определения корреляционной связи между концентрацией пыли и варь-
ируемыми факторами были построены парные диаграммы рассеивания и проана-
лизированы парные корреляции. Тесноту связи между рассматриваемыми фак-
торами оценивали по коэффициенту корреляции Пирсона (табл.1).

Таблица 1 – Однопараметрические регрессионные зависимости между кон-
центрацией пыли и варьируемыми факторами
Величина достоверности
Вид зависимости
аппроксимации
C = 5,278e0,0075TR² = 0,73
C = 5,0836e-0,001WR² = 0,61
C = 7,2761-0,288VR² = 0,899
C = 0,785e1,0166 КпR² = 0,7927

Наиболее сильная взаимосвязь наблюдается между концентрацией пыли и
коэффициентом плотности застройки (r = 0,7927), концентрацией пыли и скоро-
стью ветра (r = 0,899).
Для установления связи между всеми исследуемыми величинами был приме-
нен метод множественной корреляции. Уравнение регрессии в стандартном мас-
штабе имеет вид:

С = 1,706 – 0,006Т + 0,067 W- 0,212 V – 0,0002 Кп +0,15Р(1)

Значимость коэффициентов проверялась по критерию Стьюдента. Табличное
значение критерия tтабл=2,6, расчетные t1=3,14, t2=2,8, t3=5,16, t4=2,97, t5=4,18 со-
ответственно. Так как расчетные значение критерия превышают его табличное
значение, все коэффициенты значимы. Проверка полученного уравнения по кри-
терию Фишера показала его адекватность (табличное значение критерия Фишера
для уровня значимости 0,05 составляет 5,15, расчетное значение 3,4).
На основе полученной зависимости (1) можно осуществлять прогноз концен-
трации пыли в воздухе при изменении гидрометеорологических параметров и
плотности застройки (рис. 3).
С учетом полученной зависимости (1) можно также прогнозировать неканце-
рогенный риск немедленных и хронических эффектов с учетом плотности за-
стройки и метеорологических факторов.
Неканцерогенный риск хронических и немедленных эффектов рассчитан по
общеизвестным формулам:
 ln0,84C
R= 1-eхp ()b(2)
 K 3 ПДК сс 
Prob
 С2
R1=
2
ехр  –
 2
dс ,

(3)

где C- среднесуточная концентрация загрязняющего вещества, определяема по
формуле (1), мг/м3; ПДКСС-предельно допустимая среднесуточная концентрация,
мг/м3; К3- коэффициент запаса; b- коэффициент изоэффективности, Prob – веро-
ятность наступления нежелательного исхода, определяемая в зависимости от
класса опасности вещества.
4
к=0,8
3к=1,5
123456789101112

Рис.2. Прогноз концентрации пыли в воздухе на 2022г при различном коэф-
фициенте плотности застройки
По формулам (1-3) можно прогнозировать неканцерогенный риск немедлен-
ных и хронических эффектов от воздействия пыли мелкодисперсных частиц
РМ2,5 и РМ 10 Концентрацию мелкодисперсных частиц РМ2,5(С1) и РМ10(С2) в воз-
духе определяли экспериментально, исходя из анализа дисперсного состава пыли
, например, отобранной в «квазиоднородные зонах» Красноармейского района
г. Волгограда с Кп = 0,5, Кп = 0,8, Кп = 1,0,Кп = 1,4 (рис. 3).
Для зон с коэффициентом плотности застройки Кп = 1,4

С1= D(2,5мкм)С = 0,05 С(4)

С2 = D(10мкм) С = 0,85 С(5)

где С находится по зависмимости (1).

D(d ), %
Ч

d , мкм
Ч

Рис. 3. Средние интегральные функции распределения массы частиц пыли по
диаметрам 1- Кп = 1,4; 2 – Кп = 1,0; 3 – Кп = 0,8; 4 – Кп = 0,5 (Красноармейский
район)

На рис. 4 приведен прогноз неканцерогенного риска хронических и немед-
ленных эффектов на 2022 год для жителей Красноармейского района г. Волго-
града при К = 1,5.
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25Rn

0,2Rch

0,15
0,1
0,05
123456789101112

Рис. 4. Прогноз неканцерогенного риска хронических (Rch) и немедлен-
ных(Rn) эффектов на 2022 г для жителей Красноармейского района г. Волгограда
при коэффициенте плотности застройки Кп = 1,5

В третьей главе рассматриваются вопросы оценки и прогноза загрязнения
атмосферы города твердыми частицами на основе подхода Байеса.
Обычно качество воздуха оценивается по замерам на стационарных постах
экологических служб, которые располагаются не во всех районах города, и разо-
вых замерах на маршрутных постах, поэтому такая оценка по всему городу яв-
ляется достаточно усредненной. Значительная изменчивость концентрации пыли
по районам города, и недостаточное количество замеров увеличивают вероят-
ность ошибки при оценке запыленности воздуха в населенном пункте в целом.
Повысить достоверность оценки качества объектов окружающей среды можно,
используя подход Байеса.
Пусть событие А – концентрация пыли в районе 1, на территории которого
есть стационарный пост, превышает предельно допустимую концентрацию
(ПДК), под событием В будем понимать превышение ПДК пыли в районе 2, где
стационарный пост отсутствует. Исходя из теоремы Байеса можно определить
вероятность превышения ПДК в районе В при условии , что стационарный пост
в районе А зарегистрировал такое превышение , проводить дополнительные экс-
периментальные замеры в районе В не требуется.
В этом случае, формула Байеса запишется в виде
Р( А | В) Р( В)
Р(В А)=(6)
Р( А)

где Р(А В)- функция правдоподобия, описывающая распределение случайной
величины А при фиксированном значении В, Р(В А)-апостериорная расчетная
плотность вероятности, Р(А)=  Р(А В)Р(В)dB- безусловная плотность вероят-

ности ( нормирующий множитель ), Р(В)- априорная плотность вероятности;
 – область определение параметра В.
Если n – общее число наблюдений за концентраций пыли в воздухе; s- число
замеров, где концентрация превышает ПДК (s n ) ; k = (n – s) – число замеров,
где концентрация не превышает ПДК, то при реализации подхода Байеса экспе-
s
риментальная оценка вероятности составит R  .Далее индекс 0 соответствует
n
экспериментальным данным района без стационарного поста (априорная инфор-
мация), 1 – данные по району, имеющему стационарный пост.
Байесовская оценка по объединенной выборке наблюдений в двух районах
представляет собой оценку вероятности по частоте:
s sn0 n0 
RБ  0=R  (1 ) RП(7)
n0  n n0  nn0  n
 s0 s
гдеR0 = , R П =(8)
n0n
Подход Байеса позволяет получить корректные результаты только при усло-
вии однородности объединяемых величин, что не всегда достижимо, так как ис-
ходные экспериментальные данные зачастую статистически неоднородны.
Представляет интерес для оценки и прогноза качества воздуха урбанизирован-
ной территории апробировать известную методику с использованием байесов-
ского подхода и смеси распределений, которая показала хорошие результаты при
оценке качества воды в водоеме.
Тогда функцию правдоподобия целесообразно представить биномиальным
распределением
n!
P( s | n , Rп )=RПs (1  RП ) n  s(9)
n!(n  s)!
где Rп- вероятность того, что концентрация пыли в воздухе превышает ПДК,
индекс «п» соответствует правдоподобию величины.
Достаточно часто априорные данные в исследованиях с применением под-
хода Байеса адекватно описывают бета-распределением:

Р0(R0)= В(а0,0)R 0 (1-R0) 
00 1
(10)

где В(а0, 0)- бета-функция с параметрами а0 ≥1, 0≥1, индекс 0 указывает принад-
лежность величины к априорному распределению.
Уравнение апостериорной вероятности того, что концентрация пыли в рас-
сматриваемом районе города превысит ПДК, имеет вид:

а 1
Р(RБ| s ,n) = В (а ,) R Б (1- RБ)β-1(11)

где а = а0 + m,  = 0 + n – s, индекс Б показывает значение величины по Байесу.
Плотность вероятности Роб при объединении экспериментальной и байесов-
ской выборок и аппроксимации биномиального распределения нормальным с
учетом степени статистической неоднородности может быть найдена по фор-
муле:
Роб (R) = α РБ(R)+ (1 – α  )Рп(R)(12)

α 0  α гр
α=(13)
1  α гр
где α0 – наблюдаемый уровень значимости ; αгр – уровень значимости на границе
поля допуска , αгр = [0,05  0,1].
Из (12) следует, что при α  = 1 используется апостериорная плотность веро-
ятности РБ(R) и для оценки используются данные объединенной выборки заме-
ров, при α  = 0 оценка идет по функции правдоподобия данных стационарного
поста Рп(R) .
С учетом (13), имеем:
n0  n0  
RОБ R0  (1 ) RП(14)
n0  nn0  n
Из выражений (7) и (14) следует вывод о возможности перераспределения
суммарного объема выборки в сторону уменьшения относительного априорного
объема (т.е. данных разовых замеров в районе 2, где нет стационарного поста) и
увеличения доли относительного объема замеров стационарного поста (район 1).
При необходимости объединения наблюдений в нескольких районах города по-
лученная оценка (14) рассматривается как априорная для последующего этапа.
Доверительный интервал ( Rпрогн 1, Rпрогн 2 ),описывающий границы изменения

экспериментальной оценкиRП ,находили по выражению: ( R0  u α/2пр[ Rпрогн ]),
где u α/2 – квантиль стандартного нормального распределения, прогнозируемая

оценка вероятности Rпрог н равна оценке априорной.
В табл.2 приведены результаты анализа качества атмосферного воздуха по
трем районам г. Волгограда (данные взяты на основании «Государственных до-
кладов о состоянии окружающей среды в г. Волгограде »).
Анализ приведенных данных показал, что объединенная оценка по сравне-
нию с байесовской смещается в сторону максимального правдоподобия за счет
приоритетного учета данных стационарного поста, 90% доверительный интер-
вал, в котором находятся истинные значения концентрации пыли, сужается, а это
повышает вероятность правильного вывода о качестве воздушной среды.

Таблица 2 – Результаты анализа качества воздуха на основе подхода Байеса
№РайонОценка 90% дове-αБайе- Объеди- 90% дове-
макси-ритель-сов- ненная рительный
мального ный ин-ская оценкаинтервал
правдопо- тервалоценобъединен-
добияоценкиканой оценки
1Вороши-0,2[0,2105-
ловский0,6124][0,330-
2Цен-0,45[0,382- 0,0094 0,325 0,40310,532]
траль-0,821]
ный
3Красно-0,25[0,2071-0,47730,3780,218[0, 211-
октябрь-0,5121]0,3587]
ский

Состояние атмосферы урбанизированной территории в значительной мере
зависит от времени года. Для выявления сезонных изменений проанализировано
содержание твердых частиц в воздухе г. Волгограда с 2006 по 2017 г. Данные
взяты на основе «Государственных докладов о состоянии окружающей среды в
г. Волгограде».
Для выявления основных тенденций изменения содержания С твердых ча-
стиц в атмосфере с течением времени разработаны динамические статистические
модели (ряды динамики). Уравнение динамики, полученное на основе метода
аналитического выравнивания, имеет вид:

С= 110,08-1,8087t(15)

где t – условное обозначение времени.
Для описания сезонных колебаний концентрации пыли С, которые представ-
ляют собой особый вид динамики, использовано разложение в ряд Фурье:

С= 5,62 – 0,05 cos t – 0,22 sin t(16)

В четвертой главе рассмотрены вопросы практического использования ре-
зультатов работы. Разработаны рекомендации по укрупненной оценке концен-
трации пыли в атмосфере города с учетом плотности застройки, которые были
использованы ООО «Ассоциация Экотехмониторинг» г. Волгоград.
С целью снижения содержания пыли в выбросах предприятий строительной
индустрии разработаны фильтрующие нетканые материалы для пористых эле-
ментов рукавных фильтров. На базе ООО «Управление ФасадРемонт Волго-
радгражданстрой» проведены опытно- экспериментальные исследования эф-
фективности применения нетканого фильтрующего материала при очистке вы-
бросов из производственных помещений. При проведении эксперимента ис-
пользовали симметричный план Вi для трех факторов (В3).
Критериями при исследовании были выбраны: у1 – эффективность улавлива-
ния пыли, η , % ; у2 – аэродинамическое сопротивление, Р, Па. В качестве варь-
ируемых факторов принимали: Q – расход газовоздушной смеси (ГВС) , м3/с(Х1);
C – концентрация пыли в газовоздушном потоке на входе в рукавный фильтр,
мг/м3 (Х2); h – высота рельефных выпуклостей фильтрующего материала, мм
(Х3).
В результате обработки экспериментальных данных были получены адекват-
ные уравнения регрессии, которые с учетом только значимых членов уравнения
в именованных величинах имеют вид:
Q  1700C4h  10Q  1700 2
  97,8  1,75()  0,37()  37,69()  1,34()
50032500
C4 2h  10 2
 1,34()  0,15()
(17)
Q  1700C4h  10Q  1700 C  4
Р  1927,58  10,01()  36,56()  172,07()  32,38()()
500325003
Q  1700 h  10h  10 2
 7,65()()  14,28()
50022

Полученные уравнения адекватны с доверительной вероятностью 95%. Про-
верка на адекватность осуществлялась по критерию Фишера [24]
Для более наглядного представления о закономерностях изменения парамет-
ров оптимизации при варьировании факторов были построены двумерные сече-
ния поверхностей отклика : у1 – эффективности улавливания пыли, и у2 – аэроди-
намического сопротивления, Р ( рис.5 ).
Рукавные фильтры прошли опытно – промышленные испытания при очистке
выбросов из производственных помещений ООО «Волгоград Фасадремонт Во-
лоградгражданстрой».

Концентрация
Расходг/м3
ГВС,м3
250015

2307,8

1367,0
2000
85.51137,7

89.1

1084,3

1500Расход
15 Концентрация
103
г/м150020002500 ГВС,м

аб
Рис.5. Зависимость эффективности улавливания пыли (%) от расхода ГВС и
концентрации пыли в ГВС при высоте выпуклостей 10мм (а) и аэродинамиче-
ского сопротивления (Па) от расхода ГВС и концентрации пыли в ГВС при вы-
соте рельефных выпуклостей 10 мм (б)

Эффективность улавливания по твердым частицам составила 97,2-98% . От-
носительная величина выброса уменьшилась в 1,8-2,7 раза.
Таблица 3 – Эффективность работы системы очистки выбросов
Аппараты очистки:ЭффективностьОтносительная
Циклон – 1ст,очистки %величина выброса
рукавный фильтр – 2ст.Мв/МПДВ
ДоПослеДоПослеДоПосле
внедрения внедрениявнедрениявнедрениявнедрения внедрения
МатериалВариант 188,397,21,30,69
рукавовВариант 288,3991,30,54
стандарт-
ныйВариант 388,398,81,30,44
Примечание: после внедрения – экспериментальный по вариантам соответственно.

Рассчитан предотвращенный эколого-экономический ущерб, который соста-
вил 795412,5 рубгод.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сформулированы следующие итоги выполненного исследования:
1. На экологическую безопасность урбанизированной территории существен-
ное влияние оказывает состояние атмосферы. Процессы рассеивания примесей в
атмосфере над территорией города достаточно сложные и подвержены влиянию,
как метеорологические показатели, так и особенностей городской застройки. По-
казатели загрязнения атмосферы города обладают значительной временной из-
менчивостью, для полной характеристики состояния атмосферы урбанизирован-
ной территории необходимо разрабатывать динамические модели.
2. Уточнен дисперсный состав пыли, содержащейся в атмосфере районов го-
рода, характеризующихся различной техногенной нагрузкой и особенностями
застройки. Установлено, что дисперсный состав пыли, содержащейся в атмо-
сфере отдельных районов города, характеризующихся различной техногенной
нагрузкой и особенностями застройки, подчиняется логнормальному распреде-
лению.
3. Исследовано влияния плотности застройки и гидрометеорологических па-
раметров на рассеивание пыли в атмосферном воздухе городской среды. Для
оценки влияния застройки на концентрацию пыли в атмосфере предложено ис-
пользовать нормативный показатель плотности застройки территориальных зон
– коэффициент плотности застройки. При исследовании переноса загрязнения в
условиях городской застройки неоднородная территория складывалась из от-
дельных условных «квазиоднородных зон» с определенные значения коэффици-
ента плотности застройки.
Методом множественной корреляции получено уравнение регрессии, уста-
навливающее связь между концентрацией пыли в воздухе городской среды, кли-
матическими параметрами, удельной нагрузкой загрязнения пылью на атмо-
сферу рассматриваемой «квазиоднородной зоны», коэффициентом плотности за-
стройки, которое может быть использовано для расчета как фактических значе-
ний содержания пыли в атмосфере, так и осуществлять прогноз. Расчеты рассе-
ивания, в том числе и прогностические.
Дан прогноз загрязнения атмосферы г. Волгограда пылью на 2022 г. Опреде-
лен неканцерогенный риск хронических эффектов Rch и немедленных эффектов
Rn от воздействия пыли в зависимости от плотности застройки.
4. Показана возможность использования подхода Байеса в качестве теорети-
ческой основы алгоритма вероятностной оценки состояния атмосферного воз-
духа урбанизированных территорий при повышенной изменчивости концентра-
ции вредного вещества
При оценке и прогнозе загрязнения атмосферы районов города с разной плот-
ностью застройки апробирован подход Байеса, позволивший использовать для
анализа состояния воздушной среды района, не имеющего на своей территории
стационарных экологических постов, данные постов, находящихся в других рай-
онах и данные более ранних разовых замеров на маршрутных постах в рассмат-
риваемом районе.
5. Разработаны динамические статистические модели, описывающие особен-
ности изменения концентрации пыли в атмосфере г. Волгограда во времени и
при смене сезонов года.
6. Разработаны рекомендации по укрупненной оценке концентрации пыли в
атмосфере города с учетом плотности застройки, которые были использованы
ООО «Ассоциация Экотехмониторинг» г. Волгоград.
7.Разработаны фильтрующие нетканые материалы для пористых элементов
рукавных фильтров при очистке выбросов промышленных предприятий. Рукав-
ные фильтры прошли опытно-промышленные испытания при очистке выбросов
из производственных помещений ООО «Волгоград Фасадремонт Волоградграж-
данстрой».
Эффективность улавливания по твердым частицам составила (97,2-99)%. От-
носительная величина выброса уменьшилась в 1,8-2,7 раза.
В работе даны практические рекомендации по укрупненной оценке загрязне-
ния районов города с различной плотностью застройки, а также намечены пер-
спективы дальнейшей разработки темы, заключающиеся в возможности исполь-
зования полученных результатов для проведения более конкретных расчетов с
учетом ветрового режима на данной территории.

Актуальность проблемы. Загрязнение атмосферы твердыми частицами от-
носится к числу основных факторов, влияющих на экологическую безопасность
урбанизированной территории.
В настоящее время оценка качества воздушной среды города осуществляется
на основе анализа данных стационарных и маршрутных постов. Одновременно с
этим используются математические методы расчета рассеивания примесей в ус-
ловиях городской среды. Известные современные математические модели рассеи-
вания примесей в атмосфере урбанизированной территории не всегда могут быть
использованы для оперативного локального прогноза уровня загрязнения, так как
не учитывают быстрое изменение ряда факторов в условиях городской застройки,
в том числе метеорологических. Введение поправочных коэффициентов для их
учета, или гибридизация моделей усложняют и удлиняют расчет.
Повышение точности оценки является очень актуальной и обуславливает не-
обходимость разработки достаточно простых математических моделей оператив-
ного локального прогноза загрязнения в условиях городской застройки с учетом
ее особенностей, метеорологических параметров, временной изменчивости.
Работа выполнялась на основе тематического плана научно-
исследовательских работ ФГБОУ ВО Волгоградского государственного техниче-
ского университета.
Степень разработанности темы диссертационного исследования. Вопросы
рассеивания вредных веществ в атмосфере урбанизированной территории изуча-
лись в работах Берлянда М.Е., Белова И.В.,Беспалова И.П., Беспалова
М.С.,Безуглой Е.Н., Боровлева Э.Б.,Богуславского Е.И., Бызовой Н.Л.,Азарова
В.Н., Гальперина Н.В., Израэля Ю.А., Пресмана А.Я., Теличенко В.И., Аргучин-
цева В.К, Аргучинцевой А.В. ,Санжапова Б.Х., Садовниковой Н.П., Сидоренко
В.Ф., Ложкина В.Н ,Ложкиной О.В., Ливчака И.Ф., Тунаковой Ю.А., Мензелин-
цевой Н.В., Голохваста К.Н., Жолондковского О.И., Хоперскова А.В., Шкрабак
В.С, Perry S.G.,Canepa E., Schlesinger, Michael E,Davis W.T., Pasquill, Bechmann A.,
Baligh H. . P. Benson, R. Berkowicz, P. Boulter, J. Härkönen, R.M. Harrison, M.
Ketzel, J. Kukkanen, K. Kupiainen, L. Ntziachristos, Z. Samarаs. В и др.
Однако на сегодняшний день проблема не решена полностью, в основном
разработаны математические модели для частных случаев распространения при-
месей, некоторые из влияющих факторов не могут быть учтены по различным, в
том числе и объективным причинам,
Целью работы является совершенствование оценки качества атмосферы
урбанизированной территории с учетом плотности городской застройки.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
-анализ факторов, формирующих техногенное загрязнение атмосферы про-
мышленно развитого города и методов расчета рассеивания твердых частиц в ат-
мосферном воздухе;
-сопоставительный анализ дисперсного состава пыли, содержащейся в атмо-
сфере районов города с различной техногенной нагрузкой и особенностями за-
стройки;
-исследование влияния плотности застройки и гидрометеорологических па-
раметров на рассеивание пыли в атмосферном воздухе городской среды;
-нахождение достоверных зависимостей для оценки и прогноза загрязнения
атмосферы районов города с разной плотностью застройки;
-повышение точности контроля качества воздуха урбанизированной террито-
рии при повышенной изменчивости концентрации вредных веществ за счет объе-
динения экспериментальных данных на основе подхода Байеса;
-оценка неканцерогенного риска хронических эффектов и немедленных эф-
фектов от воздействия пыли в районах города с различной техногенной нагруз-
кой;
-разработка математических моделей для описания изменения содержания
твердых частиц в атмосфере города с течением времени, в том числе сезонной из-
менчивости;
-разработка фильтрующего материала для пористого элемента рукавного
фильтра, как аппарата, наиболее часто используемого при очистке выбросов, по-
ступающих в атмосферу города, от предприятий, в том числе строительной инду-
стрии.
Научная новизна работы:
-доказано, что в качестве теоретической основы алгоритма вероятностной
оценки состояния атмосферного воздуха урбанизированных территорий при по-
вышенной изменчивости концентрации вредного вещества и недостаточном числе
стационарных постов системы мониторинга может быть использован подход Бай-
еса, позволяющий объединить текущие данные стационарных постов с более ран-
ними замерами или с данными постов других районов, а также с разовыми заме-
ров в районах, где стационарные посты отсутствуют, но при формировании смеси
распределений следует учитывать степень статистической неоднородности дан-
ных, при этом принятый доверительный интервал сужается и вероятность пра-
вильного заключения повышается;
-установлено, что для оценки влияния параметров застройки на качество ат-
мосферного воздуха города целесообразно выделять квазиоднородные зоны с ис-
пользованием нормативного показателя – коэффициент плотности застройки;
-для оценки неканцерогенного риска немедленных и хронических эффектов
от воздействия пыли у жителей города получены зависимости для нахождения
концентрации мелкодисперсных частиц (Рм10,Рм2,5)в атмосферном воздухе при
различной плотности застройки .
Теоретическая и практическая значимость работы:
-исследовано влияние коэффициента плотности застройки и гидрометеороло-
гических параметров на рассеивание пыли в атмосфере города, получено уравне-
ние регрессии, устанавливающее связь между концентрацией пыли в воздухе го-
родской среды и влияющими факторами;
-при оценке и прогнозе загрязнения атмосферы районов города с разной
плотностью застройки апробирован подход Байеса, позволивший использовать
для анализа состояния воздушной среды района, не имеющего на своей террито-
рии стационарных экологических постов, данные постов, находящихся в других
районах и данные более ранних разовых замеров на маршрутных постах в рас-
сматриваемом районе;
-разработаны динамические статистические модели, позволяющие исследо-
вать изменение содержания примесей в атмосфере урбанизированной территории
с течением времени, в том числе сезонную изменчивость;
-проведен сопоставительный анализ дисперсного состава пыли, содержащей-
ся в атмосфере районов города, характеризующихся различной техногенной на-
грузкой и особенностями застройки, установлено, что дисперсный состав пыли,
содержащейся в атмосфере отдельных районов города, характеризующихся раз-
личной техногенной нагрузкой и особенностями застройки, подчиняется логнор-
мальному распределению;
-с целью сокращения выбросов пыли в атмосферу города разработаны
фильтрующие материалы для пористых элементов рукавных фильтров, на базе
ООО «Управление ФасадРемонт Волгорадгражданстрой» г.Волгоград проведены
опытно-промышленные испытания систем пылеочистки, в которых фильтрующие
элементы рукавных фильтров выполнены из разработанных материалов;
-разработана методика укрупненной оценки концентрации пыли в атмосфере
города с учетом плотности застройки, которая прошла апробацию в ООО «Ассо-
циация Экотехмониторинг» г. Волгоград при разработке проектов нормативов
ПДВ и ОВОС;
-материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Безопас-
ность жизнедеятельности в строительстве и городском хозяйстве» Волгоградского
государственного технического университета при подготовке обучающихся по
направлению 20.03.01 «Техносферная безопасность» (уровень бакалавр) и по на-
правлению 20.04.01 «Техносферная безопасность» (уровень магистр).
Методология и методы диссертационного исследования включали: ис-
пользование методов планирования эксперимента, регрессионного и корреляци-
онного анализа с применением ПК, построения динамических статистических мо-
делей, вероятностный подход к оценке, лабораторные эксперименты и производ-
ственные испытания.
Положения, выносимые на защиту:
-коэффициент плотности застройки и метеорологические параметры влияют
на рассеивание пыли в атмосфере города, что подтверждено полученными урав-
нениями регрессии, устанавливающими зависимость между концентрацией пыли
в атмосферном воздухе и влияющими факторами;
-теоретической основой алгоритма вероятностной оценки состояния атмо-
сферного воздуха урбанизированных территорий при повышенной изменчивости
концентрации вредного вещества может являться подход Байеса, позволяющий
использовать для анализа состояния воздушной среды района, не имеющего на
своей территории стационарных экологических постов, данные постов, находя-
щихся в других районах и данные более ранних разовых замеров на маршрутных
постах в рассматриваемом районе;
-при оценке риска воздействия пыли на здоровье людей (неканцерогенного
риска хронических эффектов Rch и немедленных эффектов Rn) необходимо учиты-
вать плотность застройки района города;
-прогноз загрязнения атмосферы города должен включать результаты иссле-
дования изменчивости содержания примесей в атмосфере урбанизированной тер-
ритории с течение времени, в том числе и сезонную изменчивость, описываемые
разработанными динамическими статистическими моделями.
Степень достоверности и апробация результатов работы.
Достоверность определяется применением стандартных методик, поверен-
ных и сертифицированных приборов, отклонением экспериментальных данных от
теоретических в пределах допустимой ошибки.
Основные положения и результаты работы докладывались и получили
одобрение на: 3-7 Всероссийской конференции с международным участием «Ак-
туальные проблемы строительства, ЖКХ и техносферной безопасности» (Волго-
град 2016-2020);ХIV-ХVмеждународной научной конференции «Качество внут-
реннего воздуха и окружающей среды» (Афины, 2016; Порто,2017);Х Всероссий-
ской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конст-
рукций и реконструкции.НАСКР-2018»(Чебоксары, 2018), ежегодных научно-
технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ
(Волгоград, 2012-2015гг) и ВолгГТУ (2016-2019), Международной научно-
технической конференции «Строительство и архитектура: теория и практика ин-
новационного развития» CATPID-2019, Кисловодск, 2019.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, в
том числе 2 статьи опубликованы в изданиях, входящих в наукометрическую базу
«Scopus», 2 статьи – в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, оп-
ределенных ВАК РФ, 3 патента РФ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем ра-
боты составляет 116 страниц, в том числе: 71 страница – основной текст, содер-
жащий 21 таблицу на 10 страницах,15 рисунков на 7 страницах; список литерату-
ры из 153 наименований на 18 страницах.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Совершенствование оценки пылевого загрязнения атмосферы урбанизированных территорий с учетом плотности застройки»

    Публикации автора в научных журналах

    Научно-методический подход к определению экологического ущерба от выбросов предприятий строительного комплекса
    С. А.Богомолов, Н. В. Мензелинцева, Ю. С. Михайловская, Н. Ю. Карапузова , В. А.Лактюшин // Вестник ВолгГАСУ. Серия строительство и архитектура. – 2-Выпуск 43(62). - С.189-Патенты
    Особенности рассеивания пылевых выбросов предприятий строительной индустрии
    С. А. Богомолов [и др.] // Качество внут-реннего воздуха и окружающей среды. Материалы Х1V Междунар. научнойконф. Афины, 18-29 сентября, 2- Волгоград, ВолгГАСУ, 2- с. 62
    Обобщенная оценка опасности пыли строительных производств [Текст ]
    С.А.Богомолов // Актуальные проблемы строительства, ЖКХи техносферной безопасности. Материалы 111 Всероссийской конф. с междуна-родным участием, Волгоград : ВолгГАСУ. - 2- С.58
    Оценка опасности воздействия пыли выбросов предприятий строительной индустрии на население городов
    С. А. Богомолов, Е.Е. Перфильева // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ и техносфернойбезопасности. Материалы 1V Всероссийской конф. с международным участием,Волгоград, ВолгГАСУ, 2- С.178
    Исследование особенностей рассеивания выбросов пыли производства керамзита в атмосфере
    С. А. Богомолов [и др.] // Качествовнутреннего воздуха и окружающей среды. Материалы ХV междунар. научнойконф., Порто, 19-29 сентября, 2- Волгоград : ВолгМУ.- 2- С. 54
    Исследование рассеивания пыли с учетом плотности застройки городских поселений
    С. А. Богомолов [и др.] // Актуальныепроблемы строительства, ЖКХ и техносферной безопасности. Материалы V Все-российской конф. с международным участием, Волгоград: ВолгГАСУ. - 2018,С.166
    Исследование сезонных изменений концентрации пыли в атмосфере г. Волгограда
    Н. В. Мензелинцева, С. А. Богомолов,Н. Ю. Карапузова // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ и техносфернойбезопасности. Материалы VI Всероссийской конф. с международным участием,Волгоград: ВолгГАСУ. – 2- С. 263
    Влияние плотности застройки на рассеивание примесей в атмосфере города
    Н. В. Мензелинцева, С. А. Богомолов, Н. Ю.Карапузова, В. А. Лактюшин // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ итехносферной безопасности. Материалы VI Всероссийской конф. с международ-ным участием, Волгоград: ВолгГАСУ.- 2- С. 270
    Анализ факторов, влияющих на состояние атмосферы урбанизированной территории
    Н. В. Мензелинцева, С. А. Богомолов, С.Б. Дьякова, О. В. Проценко, О. В. Богдалова // Актуальные проблемы строитель-ства, ЖКХ и техносферной безопасности. Материалы VI Всероссийской конф. смеждународным участием, Волгоград: ВолгГАСУ. – 2- С. 265
    Математические модели рассеивания вредных веществ в атмосфере
    Н. В. Мензелинцева, С. А. Богомолов, С. Б. Дьякова,О. В. Проценко, О. В. Богдалова // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ итехносферной безопасности. Материалы VI Всероссийской конф. с международ-ным участием, Волгоград: ВолгГАСУ. – 2- С. 268
    Анализ возможности использования подхода Баейса при анализе загрязнения атмосферы города
    Н. В. Мензелинцева, С. А.Богомолов, Н. Ю. Карапузова // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ итехносферной безопасности. Материалы VI Всероссийской конф. с международ-ным участием, Волгоград: ВолгГАСУ.- 2- С.272

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ

    Последние выполненные заказы