Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу

Истомина, Надежда Юрьевна

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу

кандидата технических наук: Истомина, Надежда Юрьевна
город: Северск
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.13.18

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу»

Автореферат диссертации по теме "Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу"

На правах рукописи

Истомина Надежда Юрьевна

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРТНО-МОДЕЛИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС

ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИЙ ВЫБРОСОВ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Северск - 2005

Работа выполнена в Северском государственном технологическом институте

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, Носков Михаил Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мицель Артур Александрович

кандидат физико-математических наук, Зайцева Елена Владимировна

Ведущая организация:

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН

Защита состоится "22" сентября 2005г. в 17 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.268.02 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634034, г.Томск, ул. Белинского, 53, НИИ АЭМ при ТУСУР.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу 634045, г. Томск, ул. Вершинина, 74.

Автореферат разослан "/£) " <2и5-<и/е/<У2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук А.Я.Клименко

2006 '26 79

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эксплуатация предприятий ядерно-топливного цикла связана с потенциальной возможностью возникновения аварийных ситуаций, приводящих к выбросам в атмосферу радиоактивных веществ. В кратчайшие сроки после выброса необходимо принятие организационных решений, позволяющих свести к минимуму число лиц, которые могут подвергнуться радиационному воздействию, и снизить дозовые нагрузки. Эффективность и оперативность действий лиц, ответственных за принятие решений, зависит от своевременного и достаточного обеспечения разнородной и меняющейся с течением времени информацией, а также возможностью ее обработки и анализа. Предварительная подготовка информационных ресурсов в виде баз данных, содержащих нормативную документацию и сведения о возможных составах выбросов, характеристиках радионуклидов, метеоусловиях, населенных пунктах, позволяет оперативно прогнозировать и оценивать последствия аварий, осуществлять поддержку принятия решений по обеспечению радиационной защиты населения. Пространственный характер данных, характеризующих местность, радиационную обстановку и рекомендации, относящиеся к тем или иным объектам местности, требуют координатной привязки и, следовательно, применения геоинформационных технологий. Прогнозирование и оценку последствий аварий целесообразно основывать на моделировании процессов рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы и облучения человека по всем возможным путям воздействия ионизирующего излучения. Процесс рассеяния примесей детально описывают модели, основанные на решении уравнений гидродинамики, но при этом не позволяют проводить прогнозные расчеты на персональном компьютере быстрее реального времени. Гауссовы и К-модели позволяют проводить расчеты с опережением реального времени, но содержат значительные упрощения, снижающие достоверность прогнозов. При расчете воздействия ионизирующего излучения на человека применяют детерминистические модели оценки доз. Комплексной модели позволяющей оперативно рассчитывать воздушные, наземные концентрации примеси и дозы не существует. Подготовка рекомендаций требует знаний, имеющих нормативно-справочный характер. Возможности представления знаний и выработки на их основе рекомендаций заложены в экспертных системах. Таким образом, актуальной является разработка программного комплекса, предназначенного для комплексного решения задач прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу, подготовки рекомендаций по минимизации радиационного воздействия на население на основе интеграции возможностей, предоставляемых геоинформационными, моделирующими и экспертными системами.

Целью работы является повышение оперативности и адекватности прогнозирования, оценки последствий и эффективности вырабатываемых решений при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу с помощью проблемно-ориентированного программного обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить требования

оценки

последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу и поддержки принятия решений по минимизации радиационного воздействия на население.

2. Разработать комплексную стохастически-детерминистическую модель распространения радиоактивных примесей в атмосфере и расчета индивидуальных доз облучения, формируемых нуклидами, находящимися в атмосфере и на подстилающей поверхности, при прямом пути воздействия.

3. Определить структуру и принципы взаимодействия функциональных частей геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.

4. Создать геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу, работающий на персональном компьютере под управлением операционной системы MS Windows.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием общепризнанных теоретических представлений и законов, достаточной обоснованностью сделанных допущений, применением апробированных и надежных вычислительных алгоритмов, верификацией проблемно-ориентированного программного обеспечения и подтверждается сопоставлением с данными наблюдений, аналитическими расчетами и результатами, полученными другими авторами.

Методы решения задач включают в себя анализ требований, предъявляемых к программным средствам, предназначенным для информационного обеспечения при выбросе радиоактивных веществ в атмосферу; анализ физических процессов, определяющих распространение примесей в атмосфере и формирование доз; построение комплексной математической модели в рамках стохастически-детерминистического подхода; разработку структуры и принципов функционирования программного обеспечения, создание программного комплекса на основе современных информационных технологий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны принципы взаимодействия геоинформационной, моделирующей и экспертной систем, позволяющие создать проблемно-ориентированный программный комплекс для оперативного проведения прогнозных расчетов и подготовки мер по защите населения с учетом характеристик местности, параметров потенциально-опасных объектов и реципиентов радиационного воздействия.

2. На основе стохастически-детерминистического подхода создана комплексная модель распространения радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы и расчета доз облучения, позволяющая проводить прогнозные расчеты эволюции радиационной обстановки. Модель более полно, чем в рамках других полуэмпирических моделей, учитывает факторы, определяющие рассеяние примесей в атмосфере и загрязнение подстилающей поверхности, а также формирование индивидуальных доз.

3. Создан банк данных, позволяющий проводить прогнозные расчеты рассеяния примесей и индивидуальных доз при различных метеоусловиях и ра-дионуклидных составах выбросов, .с учетом особенностей местности на основе хранящихся в '' '"нем параметров комплексной стохастически' » ' »>»• . J-т i

детерминистической модели, пространственных распределений характеристик подстилающей поверхности, параметров потенциально-опасных объектов и реципиентов радиационного воздействия.

4. Разработана методика прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу, выработки рекомендаций о мерах защиты населения с помощью геоинформационного экспертно-моделирующего > комплекса, позволяющая повысить оперативность и эффективность подготов-

ки решений.

Положения, выносимые на защиту.

1. Структура и принципы функционирования геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса, на основе которых могут бьггь созданы программные средства, позволяющие проводить оперативное прогнозирование развития радиационной обстановки при авариях, связанных с попаданием радиоактивных веществ в атмосферу, оценку последствий аварий и подготовку решений по их минимизации.

2. Комплексная стохастически-детерминистическая модель распространения радиоактивных примесей в пограничном слое атмосферы и расчета доз внешнего и внутреннего облучения человека. Численная реализация модели, позволяющая оперативно прогнозировать радиационную обстановку при выбросе радиоактивных веществ в атмосферу.

3. Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА», позволяющий эффективно решать задачи оперативной оценки последствий выброса радиоактивных веществ в атмосферу и подготовки решений о мерах защиты населения, за счет интеграции возможностей геоинформационных, моделирующих и экспертных систем.

Практическая значимость работы. Созданный геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА» может использоваться сотрудниками аварийно-технических служб, комитетов охраны окружающей среды, подразделений гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций для:

- прогнозирования пространственно-временных распределений радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы с учетом параметров источника выброса, состояния атмосферы, свойств подстилающей поверхности;

- расчетов эквивалентных доз с учетом свойств радионуклидов, цепочек радиоактивного распада, внешних и внутренних путей воздействия на человека, суммарной активности и радионуклидного состава выброса;

- анализа уровней радиоактивного загрязнения поверхности и доз облучения населения, зонирования загрязненных территорий;

- подготовки рекомендаций о мерах, направленных на минимизацию последствий радиоактивных выбросов и улучшение экологической обстановки в районах расположения предприятий ядерно-топливного цикла;

- создания баз данных последствий аварийных ситуаций, сопровождающихся выбросами радиоактивных веществ в атмосферу с учетом различных метеоусловий и параметров выбросов;

- формирования практических навыков принятия решений и повышения квалификации специалистов в области защиты населения и территории от чрез-

вычайных ситуаций.

Предложенная функциональная структура геоинформационного эксперт-но-моделирующего комплекса может использоваться при разработке других программных средств, предназначенных для оценки последствий загрязнения грунтовых и подземных вод радиоактивными и токсичными веществами.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты работы нашли применение при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ в Северском государственном технологическом институте. Исследования поддерживались программами Минобразования, Миннауки, Минатома.

Созданный геоинформационный экспергно-моделирующий комплекс «АРИА» введен в эксплуатацию в Управлении администрации г Северск по делам защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций, Аварийно-техническом центре СХК, Комитете охраны окружающей среды г. Северск.

Личный вклад автора состоял в анализе процессов, определяющих распространение примесей в атмосфере и формирование индивидуальных доз облучения; создании стохастически-детерминистической модели; разработке ее численной реализации; анализе и обсуждении представленных в диссертации результатов. В ряде работ идеи были предложены М.Д. Носковым. При разработке программного комплекса «АРИА» использовались базовые классы геоинформационной системы, разработанные коллективом Лаборатории математического моделирования технологий ядерной промышленности СГТИ.

Апробация научных результатов.

Результаты работы докладывались и обсуждались на VIII конференции Ядерного общества России «Использование ядерной энергетики: состояние, последствия, перспективы» (Екатеринбург - Заречный, 1997), международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (Томск, 1997), международной конференции «Сопряженные задачи механики и экологии» (Томск, 1998, 2000, 2002), международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (1998), II Русско-корейском симпозиуме по науке и технологии (Томск, 1998), III сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (Новосибирск, 1998), IV всероссийском семинаре «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (Томск, 1998), Научно-практических конференциях СХК (Северск, 1999, 2003), отраслевой конференции «Технология и автоматизация атомной энергетики» (Северск, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005), межотраслевой конференции «Современные проблемы атомной науки и техники» (Снежинск, 2000, 2003), Всеросийской научной школе «Математические методы в экологии» (Петрозаводск, 2001), международной конференции «Математические модели и методы их исследования» (Красноярск, 2001), III международной конференции «Проблема управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 2001), международной конференции «Enviromis-2002» (Томск, 2002), III Всероссийской конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2002), XII международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2002), II научной конференции «Научно-инновационное сотрудничество» (Москва, 2003), II международной

конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики» (Томск, 2003), XIV конференции Ядерного общества России «Научное обеспечение безопасного использования ядерных энергетических технологий» (Удомля, 2003), международной конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности» (Томск, 2004), международной конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2004), IV семинаре «Промышленная безопасность и экология» (Саров, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликованы: 3 статьи в реферируемых журналах, 16 статей в сборниках трудов, 18 тезисов докладов, 8 научных отчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, два приложения, список используемой литературы из 147 наименований. Работа изложена на 159 страницах, содержит 39 рисунков и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, новизна исследований, определена цель работы и задачи исследований, дана общая характеристика работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе описаны основные факторы, определяющие рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы, приведен обзор математических моделей распространения примеси, моделей расчета воздействия ионизирующего излучения на человека. Проведен анализ современных информационных технологий и программного обеспечения, которое может быть использовано для решения различных задач, при выбросах загрязняющих веществ в атмосферу. Определены требования, предъявляемые к информационному обеспечению поддержки принятия решений по минимизации последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.

Прогнозирование последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу предполагает расчет воздушных и наземных концентрации радионуклидов, эквивалентных доз воздействия ионизирующего излучения на население. Концентрации радионуклидов должны рассчитываться с учетом основных процессов, определяющих рассеяние радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы и загрязнение подстилающей поверхности. Такими процессами являются конвективно-дисперсионный перенос с воздушными пото-коми, гравитационное оседание, вымывание осадками, оседание на поверхность и вторичный подъем. Для оценки последствий выбросов необходимо рассчитывать дозы, обусловленные излучением радионуклидов, расположенных в облаке радиоактивных веществ, осевших на подстилающую поверхность, поступивших в организм при дыхании, в связи с их наибольшим вкладом в суммарную дозу облучения населения на ранней стадии аварии.

Модель для оценки последствий аварийных выбросов радиоактивных веществ в атмосферу должна позволять проводить оперативные расчеты с использованием информации о состоянии атмосферы. Данная информация часто не является полной, достоверной и своевременной. Кроме этого, ввод значительных объемов данных в условия стресса и недостатка времени может при-

водить к их искажению вследствие ошибок оператора. Поэтому целесообразно минимизировать набор данных о состоянии атмосферы, вводимых оператором для прогнозирования радиационной обстановки при аварии. Анализ существующих моделей показал, что стохастические модели, основанные на методе случайно блуждающих частиц, наиболее соответствуют указанным требованиям, позволяют учитывать процессы, определяющие рассеяние примесей, и могут быть обобщены путем введения расчета эквивалентных доз облучения.

Информационное обеспечение должно предоставлять возможность хранения и обработки разнородных меняющихся с течением времени данных, оперативно прогнозировать и анализировать радиационную обстановку, поддерживать принятие решений по проведению радиационной защиты населения. Предварительная разработка информационных ресурсов в виде цифровых моделей местности, потенциально опасных объектов, реципиентов радиационного воздействия, а также баз данных свойств радионуклидов, нормативной документации значительно повышает эффективность применения программных средств в условиях аварийной ситуации. Прогнозирование рассеяния радиоактивных примесей в атмосфере и расчет доз должны осуществляться на основе адекватной математической модели с привязкой к карте местности. Результаты расчетов должны отображать динамику изменения радиационной обстановки на карте местности, предоставляться в графическом, текстовом и табличном видах. Анализ радиационной обстановки должен проводиться на основе сопоставления полученных данных с принятыми критериями радиационной безопасности населения. Рекомендации должны вырабатываться в соответствии с требованиями нормативных документов. При подготовке решений по минимизации последствий аварийных выбросов целесообразно использовать предварительно разработанные базы знаний.

Вторая глава посвящена формулировке и исследованию комплексной стохастически-детерминистической модели распространения радиоактивных примесей в атмосфере и расчета доз, обусловленных прямым путем воздействия на человека.

В рамках предлагаемой модели, распространение радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы рассчитывается на основе стохастически-детерминистической интерпретации уравнения турбулентно-конвективного переноса:

^ = -<11у(^(и + ш))+£11у(кегаёП)+д^д{1 + <&, (1)

где II^ - объемная активность .¡-го нуклида, К - диагональный тензор коэффициентов турбулентной диффузии, 0- скорость ветра, \У- скорость гравитационного оседания, (¿^(Зн и плотности источников активности ^го

нуклида вследствие выброса радиоактивных веществ в атмосферу, радиоактивного распада и вымывания осадками, соответственно.

Плотность источника обеднения облака вследствие радиоактивного распада }-го нуклида, с учетом цепочек распада, определяется по формуле:

Qjr=-AjRjv+2Xv^R:> (2)

где к' - постоянная распада j-ro нуклида; r)JV - доля j-ro нуклида, образующегося в результате распада v-ro материнского нуклида; суммирование ведется по всем материнским радионуклидам для j-ro нуклида. Плотность источника примеси вследствие вымывания осадками, пропорциональна объемной активности j-ro нуклида:

Qi=-aRi, (3)

где а - коэффициент, зависящий от типа осадков и интенсивности осадков.

Изменение поверхностной активности Rj j-ro нуклида определяется с помощью уравнения:

^ = Я + (4)

где ]', Jr и]'а - плотности источников активности j-ro нуклида вследствие сухого оседания, радиоактивного распада j-ro нуклида и вымывания осадками. Плотность источника активности j-ro нуклида вследствие сухого оседания:

(5)

где кп - коэффициент поглощения примеси поверхностью; кя - коэффициент вторичного подъема (дефляции) примеси. Коэффициенты кпи кд зависят от свойств подстилающей поверхности. Плотность источника активности j-ro нуклида вследствие радиоактивного распада:

(6)

Плотность источника активности j-ro нуклида вследствие вымывания осадками определяется интегралом по вертикальной координате z:

J^JaRidz. (7)

где h = 1500м - высота пограничного слоя атмосферы. Мощность эквивалентной дозы, обусловленной внешним у-излучением нуклидов в точке, положение которой определяется радиус-вектором г, рассчитывается по формуле:

(8)

где Fj - керма-постоянная j-ro нуклида; ц- коэффициент поглощения энергии. Мощность эквивалентной дозы, формирующейся при погружении в радиоактивное облако и обусловленной /З-излучением нуклидов, определяется формулой:

Ç) =SRJvBi-,P' (9)

где Bj, p-дозовый коэффициент j-ro нуклида. Мощность эквивалентной дозы, обусловленной у-излучением нуклидов, находящихся на подстилающей по-

верхности, находится интегрированием по поверхности:

Мощность эквивалентной дозы, формирующейся р-излучением от загрязненной поверхности, определяется выражением:

'сК А

(И)

!,Р 1

где В^р - дозовый коэффициент р-излучения j-гo радионуклида, находящегося на подстилающей поверхности. Мощность внутреннего облучения за счет ингаляции нуклидов рассчитывается по формуле:

(12)

<" Лиг j

где Уа - интенсивность дыхания, В^нг - дозовый коэффициент при ингаляции.

Численная реализация модели, основанная на методе частиц, позволяет моделировать распространение радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы в результате конвективного и турбулентного переноса примеси ветром, гравитационного оседания, вымывания осадками, взаимодействия с подстилающей поверхностью, вторичного подъема, радиоактивного распада, а также рассчитывать мощности индивидуальных доз, обусловленных внешним излучением нуклидов, находящимися в облаке, на поверхности, а также внутренним излучением при ингаляции нуклидов. Облако радиоактивных примесей представляется в виде ансамбля случайно блуждающих частиц, движение которых происходит по дискретным временным шагам п с переменным интервалом Д1(п) (рис. 1). Перемещение ¡-ой частицы Дг,(п) на п-ом шаге скла-

/ у/

ъ у

К-

дывается из детерминистической Д3,(п) и стохастической Д1,(п) составляющих:

д^(п) = да,(п) + д8,(п). (13) Детерминистически описывается перенос частицы с осреднен-ным ветровым потоком и гравитационное оседание:

дЗ,(п) = (и + 1Л'1)дг(п). (14) Турбулентное движение частицы с воздушными потоками вдоль к-ой координатной оси описывается стохастически: Дз^п^в^-Р^п), (15)

где ^ - случайное число с равновероятным распределением в интервале от 0 до 1; Р,к - вероятность перемещения ¡-ой частицы в положительном направ-

Рис. 1. Перемещение случайно блуждающих частиц в области моделирования. 1 - источник примеси; 2 -траектория частицы; 3 - выход частицы за пределы области моделирования; 4 - подстилающая поверхность; 5 -вымывание частицы осадками; 6 - вторичный подъем; 7 -оседание частицы на поверхность

-и-

лении к-ой оси; А*(п) - перемещение ¡-ой частицы вдоль к-ой оси на п-ом шаге. Вероятности дефляции Рд(х,,у1) и отражения РДх^у,) ¡-ой частицы в точке (х^у^О), определяются свойствами подстилающей поверхности. Вероятность вымывания ¡-ой частицы осадками Р,(п) = 1-ехр(-кгк0Ш(п)), где к0 -стандартная величина абсолютной вымывающей способности осадков; кг -относительная вымывающая способность осадков; I - интенсивность осадков. Парциальная активность ]-го нуклида ¡-ой частицы на п-ом шаге определяется с учетом цепочек распада:

- 1)ехр(-^Д1) + X^^(ехр(-ГД1)-ехр(-^Д1)). (16) V А» —• А.

Расчет мощностей эквивалентных доз, обусловленных облаком радиоактивных частиц, загрязненной поверхностью и ингаляцией радионуклидов, производится по формулам (8 - 12), где = и 11'(п)=]£К?(п)/8

(суммирование ведется по частицам, попавшим в репрезентативный объем V и оказавшимся на репрезентативной поверхности в, соответственно).

Идентификация и верификация предложенной модели проводились на основе сравнения результатов компьютерного моделирования с аналитическими расчетами, прогнозами, полученными с помощью известных моделей, а также данными наблюдений радиационной обстановки в следе аварийного выброса 1993г. на Сибирском химическом комбинате (СХК).

В третьей главе представлена структура геоинформационного эксперт-

но-моделирующего комплекса. Определены принципы функционирования и взаимодействия систем комплекса. Представлена методика использования комплекса, позволяющая повысить оперативность и адекватность прогнозирования и оценки последствий при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу.

Программный комплекс состоит из геоинформационной, экспертной и моделирующей систем (рис. 2). Геоинформационная система (ГИС) предназначена Жс^о+^и^ска, система ДЛЯ ХраНвНИЯ И ОТОбраЖвНИЯ

пространственно-временных Рис. 2. Структура геоинформационного экспертно- и тематических данных, ха-моделирующего комплекса

1 1

1 Г 1 "2

База данных База данных

нормативных аварийных

документов планов

растеризующих рассматриваемую местность и радиационную обстановку, сложившуюся в результате выбросов радиоактивных веществ в атмосферу. ГИС состоит из цифровых моделей (ЦМ) местности, радиационной обстановки, потенциально-опасных объектов и реципиентов радиационного воздействия, а также модуля общения. ЦМ объектов содержит пространственные и атрибутивные данные. Пространственные данные определяют геометрию и положение объекта. Атрибутивные данные потенциально-опасного объекта - это параметры возможных аварийных ситуаций. В ЦМ объекта реципиента атрибутивные данные делятся на статические (не изменяющихся в процессе работы моделирующей и экспертно-аналитической систем) и динамические. Набор статических атрибутов определяется типом объекта. Динамические данные представляют собой характеристики радиационного воздействия на объект, а также рекомендации, полученные в результате работы экспертно-аналитической системы. ЦМ местности представляет собой множество слоев, характеризующих рассматриваемую местность (карта, шероховатость, коэффициент поглощения примеси поверхностью и др.). ЦМ радиационной обстановки содержит текущие результаты расчетов и анализа радиационной обстановки, привязанные к карте местности. Модуль общения предназначен для визуализации и редактирования данных ЦМ. Данные ЦМ визуализируются в виде карт, графиков и таблиц.

Моделирующая система состоит из модулей управления, расчетов распространения примеси и дозовых нагрузок. Модуль управления позволяет пользователю активизировать, приостанавливать и прекращать процесс моделирования. Модуль расчета распространения радиоактивных веществ предназначен для определения удельных активностей в воздухе и на подстилающей поверхности с учетом параметров выброса, метеоусловий, свойств подстилающей поверхности. В модуле расчета дозовых нагрузок определяются эквивалентные дозы, обусловленные излучением облака радиоактивных веществ, загрязненной поверхностью, ингаляцией радионуклидов. Работа расчетных модулей базируется на комплексной стохастически-детерминистической модели.

В состав экспертно-аналитической системы входят модули идентификации параметров модели, анализа радиационной обстановки и общения, а также базы данных параметров модели, нормативных документов и аварийных планов. Модуль идентификации параметров модели предназначен для определения значений параметров, необходимых для расчетов распространения облака радиоактивных веществ и дозовых нагрузок для заданных метеоусловий и характеристик выброса. Модуль анализа радиационной обстановки предназначен для анализа сложившейся ситуации на основе сопоставления результатов расчетов с критериями безопасности, введенных пользователем и/или содержащимися в базе данных нормативных документов; выработки рекомендаций по проведению мероприятий, направленных на минимизацию последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу на основе результатов анализа радиационной обстановки и базы данных аварийных планов. Модуль общения предназначен для ввода метеоданных, значений критериев для анализа радиационной обстановки и вывода результатов анализа и рекомендаций. Кроме этого, пользователь имеет возможность формирования и печати отчета

о работе программного комплекса.

Использование геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса состоит из четырех этапов. Первый этап включает в себя создание цифровых моделей ГИС и заполнение баз данных экспертно-аналитической системы. Этап выполняется экспертом при вводе программного комплекса в эксплуатацию, что позволяет минимизировать количество данных, вводимых оператором в условиях стресса и недостатка времени при аварии, и тем самым уменьшить вероятность ошибок. Второй этап производится оператором после аварийного выброса. На этом этапе вводятся метеоданные, вьтбираются источник выброса и его параметры из ЦМ потенциально-опасного объекта, при необходимости редактируются данные, введенные на подготовительном этапе. На третьем этапе работы моделируется распространение примесей, рассчитываются мощности доз, визуализируются результаты прогнозных расчетов. В ходе четвертого заключительного этапа анализируются данные ЦМ радиационной обстановки и объектов реципиентов, отображаются результаты анализа, производится выработка рекомендаций, формируется отчет о работе геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса.

В четвертой главе представлены характеристики программного комплекса «АРИА» в соответствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-23, дано описание программной реализации, описывается интерфейс пользователя, приведен пример применения комплекса для оценки последствий аварийного выброса 1993г. на СХК.

Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА» разработан в среде программирования Borland С++ Builder Pro. 5.0 и представляет собой многопоточное проблемно-ориентированное программное обеспечение, предназначенное для работы на персональном компьютере под управлением операционной системы MS Windows. Программный комплекс обладает следующими функциональными возможностями. Создание и визуализация цифровых моделей местности, потенциально-опасных объектов, объектов реципиентов. Расчет и визуализация радиационной обстановки (удельных активностей радионуклидов в воздухе и на поверхности, мощностей доз, обусловленных загрязненной поверхностью, погружением в облако радиоактивных веществ, ингаляцией радионуклидов). Проведение анализа радиационной обстановки по уровням активности и мощности дозы для рассматриваемой местности и для населенных пунктов. Подготовка рекомендаций по минимизации воздействия ионизирующего излучения на население. Рекомендации выдаются в соответствии с критериями принятия решений, представленными в нормах радиационной безопасности (НРБ-99). Отчет по результатам работы комплекса в виде документа MS Word формируется с помощью OLE-технологии.

Стабильность работы программного комплекса «АРИА» обеспечена проведенным тестированием работы отдельных модулей и программы в целом. Восстанавливаемость данных определяется возможностями их сохранения по команде пользователя или автоматически. Наличие в программном комплексе системы проверок вводимых значений обеспечивает устойчивость программного обеспечения к ошибкам пользователя. Контекстное изменение пользовательского интерфейса, позволяет предотвращать сбои в работе программного комплекса, спо-

собствует пониманию пользователем логики работы с программой. Эргономичное расположение пунктов меню, их дублирование кнопками панели инструментов способствуют быстрой обучаемости и оперативной работе пользователя с программой. Эффективность программы обеспечивается использованием модели, позволяющей получать результаты прогнозирования и анализа радиационной обстановки с опережением реального времени. Использование методов объектно-ориентированного программирования позволяет модифицировать и добавлять программные модули без значительного изменения программы в целом. Это обеспечивает высокую сопровождаемость и мобильность программы.

В программе

Главный поток Начало

Расчетный поток

Подготовка исходных данных проекта

Отображение исходных I данных проекта в ГИС

Начало расчета

Работа модуля идентификации параметров моделирования

/Проверка событюК

ГУ__« пауза»

| не отм

[Управление расчеток^

Отображение результат)) расчета в ГИС

^ Ч к '

Расчет на одном временном шаге

/^Проверка события^. * V« рас чет закончен»^* . Ч

; спи--------—' \

Работа модуля анализа радиационной обстановки

Проверка со&гп«\не оты. обновление данных^ 1 | отм

Подготовка текущих результатов расчетов для представления в

ГИС

Представление результатов работы ЭАС в табличном виде и в ГИС

«АРИА» расчет производится в дочернем (расчетном) потоке, что позволяет пользователю управлять работой комплекса и наблюдать промежуточные результаты моделирования, не прерывая расчета. Работа многопоточной программы возможна при обеспечении синхронизации потоков. В программном комплексе такая синхронизация организована на основе обработки событий (рис. 3). Комплекс «АРИА» был создан на основе объектно-

ориентированного подхода. Было разработано более 200 классов, предназначенных для решения отдельных задач при функционировании программы. Часть классов создано на основе библиотеки VCL С++ Builder.

Взаимодействие оператора с программным комплексом осуществляется посредством пользовательского интерфейса. Ввод и редактирование объектов ГИС, метеоусловий и параметров выброса, а также других данных происходит с помощью структурированной системы диалогов. Для управления процессом расчета используются меню или дублирующие кнопки на панели инструментов. Визуализация радиационной обстановки производится с помощью изолиний, картин распространения, профилей вдоль сечений и временных зависимостей. С помощью всплывающих контекстных меню пользователю предос-

Подготовка отчета

по результатам _работы_

'Завершение работы4) главного потопа J

- • свяэи, осуществляемые между потоками с помощью событий; • "V обмен данными между потоками

Рис. 3. Схема синхронизации потоков программного комплекса «АРИА»

тавляется возможность управления отображением информации. Анализ радиационной обстановки и управление работой экспертной системы производится с помощью диалогов объединенных в иерархическую структуру. Кроме описанных функций, пользовательский интерфейс позволяет выполнять стандартные действия по управлению работой MDI приложения Windows (сохранять и считывать файлы данных и конфигурацию программы, открывать, масштабировать дочерние окна и т.д.).

Программный комплекс «АРИА» был применен для оценки последствий аварийной ситуации, возникшей на СХК 1993 г. (рис. 4). Согласно методике, представленной в третьей главе, на подготовительном этапе были созданы цифровые модели: района расположения СХК, потенциально-опасных объектов, объектов реципиентов (в их числе г.Томск, г.Северск); заполнены базы данных экспертно-аналити-ческой системы. На втором этапе были введены метеоданные и параметры выброса.

На третьем этапе работы было проведено моделирование рассеяния примесей и расчет мощностей доз с момента выброса до выхода облака за пределы рассматриваемой местности. Моделирование реального процесса длительностью 25 мин

продолжалось 2 мин 18с на компьютере с процессором Intel Pentium III 900МГц с оперативной памятью 256Мб. Результаты расчетов были представлены в виде пространственных распределений, временных зависимостей в населенных пунктах и распределений вдоль сечений суммарной активности радионуклидов, мощностей эквивалентных доз, обусловленных загрязненной поверхностью, погружением в облако радиоактивных веществ, ингаляцией радионуклидов.

На четвертом этапе проводился анализ радиационной обстановки. Были определены максимальные и средние значения активности и мощности дозы, протяженность и площади участков следа выброса с превышением пороговых значений. Определены площадь загрязнения территорий населенных пунктов, количество человек, проживающих на загрязненной территории, максимальные и средние значения активности и мощности дозы. Подготовлены рекомендации на основе анализа активностей радионуклидов и значений доз, ожи-

ИйвЯЩ»'/*,<•«">••* »

Рис. 4. Пример использования геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса «АРИА» для оценки последствий аварии 1993г. на СХК

даемых на начальной (2 суток), промежуточной (7-10 суток) и восстановительной (1 месяц, 1год) стадиях аварии. Согласно рекомендациям деревня Ге-оргиевка была отнесена к зоне радиационного контроля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1.Проведенный анализ информационного обеспечения при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу показал, что программное обеспечение для повышения оперативности и адекватности прогнозирования, оценки последствий и эффективности вырабатываемых решений должно совмещать функции геоинформационной, моделирующей и экспертной систем, баз данных и знаний.

2.Предложена структура программного комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу. В соответствии с выполняемыми функциями были выделены следующие структурные элементы комплекса: геоинформационная система, экспертно-аналитическая система, моделирующая система. Геоинформационная система, предназначенная для отображения и хранения пространственно-временных данных, состоит из цифровых моделей местности, радиационной обстановки, потенциально-опасных объектов, объектов-реципиентов радиационного воздействия, модуля общения. Экспертно-аналитическая система, необходимая для идентификации параметров расчетов, анализа радиационной обстановки, подготовки рекомендаций для принятия решений, состоит из соответствующих функциональных блоков, а также модуля общения и баз данных параметров атмосферного рассеяния, свойств радионуклидов, нормативной базы данных. Предназначенная для прогнозных расчетов моделирующая система состоит из модуля управления расчетом, расчетных модулей распространения примесей в атмосфере и радиационного воздействия.

3.Создана комплексная стохастически-детерминистическая модель рассеяния радиоактивных примесей в пограничном слое атмосферы и расчета доз внешнего и внутреннего воздействия на человека. Стохастически описываются рассеяние примесей в результате турбулентной диффузии, вымывание примесей осадками, их взаимодействие с подстилающей поверхностью. Перенос примесей ветром, гравитационное оседание и дозы ионизирующего излучения рассчитываются с помощью детерминистических закономерностей. Моделирование распространения примесей в атмосфере производится с учетом степени устойчивости атмосферы, свойств подстилающей поверхности, параметров источника выброса. Расчет доз осуществляется с учетом внешнего и ингаляционного путей воздействия радионуклидов на организм человека, свойств радионуклидов, суммарной активности и радионуклидного состава выброса.

Модульная структура комплекса обеспечивает адаптируемость и возможность расширения комплекса для решения задач, связанных с обеспечением радиационной безопасности населения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Носков М.Д, Истомин АД, Истомина Н.Ю., Жиганов А.Н., Путинцев Г.Ф. Прогнозная модель радиоактивного загрязнения местности в результате выброса в атмосферу//Сб. тез. межд. конф. ЯОР «Использование ядерной энергетики: состояние, последствия, перспективы», Заречный- 1997.-С. 196.

2. Носков М.Д, Истомина НЮ. Применение модели блужданий Леви к описанию турбулентной диффузии/Лез. межд. конф. «Всесибирские чтения по математике и механике»,Томск,-1997.-С. 157-158.

3. Noskov M.D., Istomina N.Yu. Computer model for estimation of consequences of radioactive substances released in the atmosphere//Proc. Int. Symp. Sc. and Tech.,Tomsk. -1998. - P.81.

4. Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Компьютерная программа для прогноза последствий аварийных выбросов радиоактивных веществ в атмосферу//М-лы межд. конф. «Сопряженные задачи механики и экологии», Томск. -1998. - С. 111.

5. Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Метод расчета индивидуальной дозы облучения вследствие аварийного радиоактивного выброса в атмосферу//Тез. межд. симп.«Контроль и реабилитация окружающей среды», Томск. - 1998. - С. 93.

6. Носков М.Д, Истомина Н.Ю. Применение метода случайных блужданий для описания рассеяния радиоактивных примесей в атмосфере и расчета эквивалентных доз облучения/Лез. докл. сибирского конгресса по прикладной и индустриальной математике, Новосибирск. -1998. - С. 127 -128.

7. Носков М.Д., Истомина Н.Ю. Методика оценки последствий выброса загрязняющих веществ в атмосферу//Тез. НТС «Энергетика: экология, надежность, безопасность», Томск -1998.-С. 117- 118.

8. Белозеров Б.П., Носков М.Д, Истомина Н.Ю., Жиганов А.Н. Прогнозная модель расчета радиоактивного и химического загрязнения местности в результате выброса в атмосферу при экспертизе действующих и проектируемых производств//Докл. V конф. СХК., Северск — 1999. - С.232 —236.

9. Истомина Н.Ю., Носков М.Д Применение блужданий с памятью для описания турбулентной диффузии//М-лы межд конф. «Сопряженные задачи механики и экологии»,Томск -2000.-С.118.

10. Истомина Н.Ю., Носков M Д. Моделирование рассеяния примесей в атмосфере с помощью блужданий с памятью//Гез. конф «ТААЭ»,Северск. - 2000. - С. 56

11. Жиганов A.R, Истомина Н.Ю., Носков М.Д Стохастическая модель оценки последствий выброса загрязняющих веществ атмосферу/Лез. конф. «Современные проблемы атомной науки и техники»,Снежинск - 2000. - с. 341 - 342.

12. Истомина Н.Ю., Истомин А.Д, Носков М.Д. Применение ГИС для прогнозирования распространения загрязняющих веществ и оценки их воздействия на человека/УВ сб. НГА Украины. - 2000. - Т.1, №9 - С.164 -168.

13. Жиганов АН, Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Моделирование последствий выброса радиоактивных веществ в атмосферу// Известия вузов. Физика. 2000. - Т. 43, № 4 (приложение).-С. 100-104.

14. Истомин АД., Истомина НЮ., Носков МД Моделирование рассеяния радиоактивных веществ в атмосфере с помощью блужданий с памятью/Лез. докл. науч. школы «Математические методы в экологии».Петрозаводск. -2001. - С. 66 - 68.

15. Истомина Н.Ю.,Носков М.Д. Концепция геоинформационно-моделирующей эксперт-

ной системы для оценки аварийного риска//М-лы конф.«ТААЭ», Северск.-2001.- С.4 - 6.

16. Жиганов АН., Истомин АД, Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Математическая модель и методика расчетов радиоактивного загрязнения подстилающей поверхности и эквивалентных доз//М-лы межд. конф. «Человек и окружающая природная среда - проблема взаимодействия», Пенза.-2001.-С. 117-121.

17. Истомина Н.Ю., Носков М.Д, Истомин А.Д Стохастическая модель блужданий с памятью для описания рассеяния примесей в атмосфере/Лруды межд. конф. «Математические модели и методы их исследования», Красноярск. - 2001. - Т. 1. - С. 285 - 289.

18. Истомин А.Д, Жиганов А.Н., Истомина Н.Ю., Носков М.Д Геоинформационно-моделирующая экспертная система для поддержки принятия оперативных решений при выбросах радиоактивных и токсичных веществ в атмосферу//Труды межд. конф. «Проблема управления и моделирования в сложных системах», Самара. - 2001. - С.410 -415.

19. Носков МД, Жиганов АН, Истомина НЛО. Использование геоинформационно-моделирующих систем в экологическом образовании//Сб. трудов межд. конф. «Информационные технологии в образовании», Москва,- 2002. - С. 57- 58.

20. Истомина Н.Ю., Носков М Д, Истомин АД, Чеглоков АА. Комплексная геоинформационно-моделирующая система для оценки последствий выбросов вредных веществ в ат-мосферу//М-лы конф. «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий», Улан-Удэ, 2002.-41.-С. 91 -96.

21. Истомина Н.Ю., Жиганов А.Н., Носков М.Д., Чеглоков А.А. Система поддержки принятия решений при аварийном выбросе радиоактивных веществ в атмосферу/АГруды межд. конф. «Епушмгав-гООг»,Томск.- 2002. - С. 352 - 356.

22. Истомина Н.Ю., Жиганов АН, Истомин АД, Носков МД, Чеглоков А.А. Использование 1ПС технологий для поддержки принятия решения по ликвидации последствий при выбросе радиоактивных веществ в атмосферу//М-лы межд- конф. «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии»,Томск.- 2002. - С. 95.

23. Носков МД, Жиганов А.Н., Истомин АД, Истомина Н.Ю. Геоинформационная эке-перто-аналитическая система оценки радиационной обстановки в результате выброса радиоактивных веществ//В сб. трудов «Современные проблемы атомной науки и техники»,Снежинск. - 2003 - С. 412 -414.

24. Носков МД, Жиганов А.Н., Истомин АД, Истомина Н.Ю. Методические аспекты применения геоинформационных систем в преподавании экологических дисциплин//В сб. трудов «Образовательные технологии»3оронеж. - 2003. - С. 139 - 143.

25. Жиганов А.Н., Истомина НЮ., Носков МД, Истомин АД, Чеглоков АА. Применение информационно-моделирующего комплекса для экологического мониторинга объектов атомной промьШ1ленности//Сб. трудов конф. «Научно-инновационное сотрудничесг-во»,Москва - 2003.- С. 127 -128.

26. Истомина НЮ., Истомин АД, Носков МД. Геоинформационный моделирующий комплекс экологического мониторинга террнторий//М-лы межд. конф. «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики»,'Томск.-2003.-Т1.— С. 166-167.

27. Жиганов А.Н., Носков МД, Истомин АД, Кеслер А.Г., Истомина Н.Ю. Применение информационно-моделирующих систем для обеспечения эклогической безопасности предприятий ядерной промышленности//М-лы конф. ЯОР «Научное обеспечение безопасного использования ядерных энергетических технологий»,Удомля - 2003. - С. 404.

28. Истомина Н.Ю., Носков МД, Истомин АД, Жиганов А.Н Программный комплекс для мониторинга радиоактивного загрязнения окружающей среды/ЛГр. конф. «ТААЭ», Се-верск. - 2003. - С. 66 - 69.

29. Истомина Н.Ю., Жиганов А.Н., Истомин АД, Носков МД Применение информационных технологий для обеспечения радиационной безопасности человека и окружающей

среды//В сб. тез. докладов межд. конф. «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности»,Томск. - 2004. - С. 146.

30. Истомина Н.Ю., Носков МД, Истомин АД Информационное обеспечение поддержки принятия решений по минимизации последствий аварийного выброса радиоактивных веществ в ахмосферу//Экологические системы и приборы. - 2004- № 6. - С. 5 - 8.

31. Жиганов А.Н, Истомина НЮ., Истомин АД, Носков МД, Чеглоков АА. Геонформа-ционный-моделирующий комплекс для оценки последствий радиационных аварий//ЯТЦ: энергетика, технология, экология, безопасность, 2004.-Т.1,№1. - 2004. - С. 65 - 70.

32. Носков МД, Жиганов АН, Истомин АД, Истомина НЮ., Чеглоков АА Применение геоинформационной моделирующей системы для изучения последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу//В сб. статей «Информационные технологии в образовании», Севера.-2004.-С. 46 - 52.

33. Истомина Н.Ю.,Жиганов А.Н., Носков МД, Истомин АД Геоинформационный экспертный комплекс «АРИА»/Лр.конф. «ТААЭ»,Северск. -2004. - С. 16-20.

34. Истомина НЛО., Жиганов АН, Носков МД, Истомин АД Применение геоинформационного экспергно-аналитического комплекса для поддержки принятия решений по обеспечению радиационной безопасносго//М-лы конф. «Электронные средства и системы управления»,Томск. -2004. - Ч. 2. - С. 149-152.

35. Носков МД, Истомина НЮ. Информационно-моделирующий комплекс для принятия решений по обеспечению радиационной безопасности//Сб. «Промышленная безопасность и экология»,Саров. 2004. -С. 131 -135.

36. Истомина Н.Ю., Носков МД, Истомин АД, Жиганов А.Н Прогнозирование и оценка последствий радиоактивных выбросов в атмосферу с помощью геоинформационно-моделирующего экспертного комплексаШ-лы конф. «ТААЭ»,Северск. - 2005. - С. 73.

37. Истомина Н.Ю., Носков МД, Истомин АД, Жиганов АН. Применение геоинформационного экспергно-моделирующего комплекса «АРИА» для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу//Известия ГНУ. - 2005. - Т. 308, № 3. - С. 84 - 87

»14948

РНБ Русский фонд

2006-4 12679

Тираж 100 экз. Заказ 402. Изд. СГТИ. Лицензия ИД №00407 от 02.11.99г. 636036, Северск, пр. Коммунистический, 65 Отпечатано в СГТИ

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Истомина, Надежда Юрьевна

Введение.

Глава 1. Прогнозирование радиационной обстановки при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу.

1.1. Математические модели распространения примесей в пограничном слое атмосферы.

1.1.1 Факторы, определяющие рассеяние примесей.

1.1.2 Использование уравнений механики сплошной среды для описания рассеяния примесей.

1.1.3 Полуэмпирические модели.

1.1.4 К-теория.

1.1.5 Гауссовы модели рассеяния примесей.

1.1.6 Стохастические модели.

1.2 Методы расчета воздействия ионизирующего излучения.

1.2.1 Пути воздействия ионизирующего излучения на человека.

1.2.2 Основные дозиметрические величины.

1.2.3 Мощность эквивалентной дозы, обусловленной наличием радионуклидов на подстилающей поверхности.

1.2.4 Мощность внешней эквивалентной дозы, сформированной радиоактивным облаком.

1.2.5 Мощность эквивалентной дозы, обусловленной вдыханием радиоактивных веществ.

1.3 Требования к информационному обеспечению для поддержки принятия решений при аварийных выбросах радиоактивных веществ в атмосферу.

Глава 2. Комплексная стохастически - детерминистическая модель распространения радиоактивных примесей в атмосфере и расчета индивидуальных доз облучения.

2.1 Математическая формулировка модели.

2.2 Численная формулировка модели.

2.3 Идентификация параметров и верификация модели

2.3.1 Параметры турбулентной диффузии.

2.3.2 Вымывание частиц осадками.

2.3.3 Гравитационное оседание.

2.3.4 Взаимодействие с подстилающей поверхностью.

2.3.5 Моделирование аварийного выброса на РХЗ СХК.

Глава 3. Структура геоинформационного экспертно - моделирующего комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.

3.1 Структура.

3.2 Геоинформационная система.

3.2.1 Системы координат для определения положения объектов.

3.2.2 Реципиенты радиационного риска.

3.2.3 Потенциально-опасные объекты.

3.2.4 Цифровые модели местности и радиационной обстановки.

3.3 Экспертно-аналитическая система.

3.4 Моделирующая система.

3.5 Методика использования геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса.

Глава 4. Программный комплекс «АРИА» для прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в пограничный слой атмосферы

4.1 Основные характеристики.

4.2 Реализация в рамках объектно-ориентированного подхода.

4.3 Руководство пользователя.

4.3.1 Главное окно программы.

4.3.2 Управление объектами ГИС и параметрами моделирования.

4.3.3 Настройки и текущая информация о выполнении расчета.

4.3.4 Окна.

4.3.5 Управление расчетом.

4.3.6 Пункт меню «Анализ».

4.4 Применения ГИЭМК «АРИА» для проведения анализа радиационной обстановки.

Введение 2005 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Истомина, Надежда Юрьевна

Актуальность работы. Попадание вредных веществ в приземный слой атмосферы возможно как при штатной работе предприятий, так и в результате аварийных ситуаций. Аварийные выбросы могут привести к опасному для здоровья населения загрязнению окружающей среды. Основная задача подразделений гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, других служб заключается в оперативной ликвидации последствий выбросов, минимизации воздействия вредных веществ на население и персонал предприятий. Для принятия решения необходимо иметь возможность оперативно получать прогнозную оценку степени воздействия вредных веществ на население и окружающую среду. Прогнозная оценка сложившейся обстановки невозможна без информации о характере аварии, топографических данных, текущих метеоусловиях. Сведения, поступающие персоналу, ответственному за принятие решений по ликвидации последствий и минимизации воздействия вредных веществ, в условиях стресса и дефицита времени, нередко противоречивы. Соответственно, решения, принимаемые в этих условиях, могут быть неадекватными. Повышение оперативности и эффективности действий аварийных служб возможно с использованием специализированных информационных систем поддержки принятия решений.

Информационная система поддержки принятия решений по минимизации последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу должна предоставлять возможность хранения и обработки разнородных меняющихся с течением времени данных, оперативно прогнозировать и анализировать радиационную обстановку, поддерживать принятие решений по проведению радиационной защиты населения. Пространственный характер данных, необходимость их визуализации, анализа и работы с электронными картами местности приводят к необходимости применения геоинформационных систем при оценке последствий загрязнения окружающей среды [1 - 3]. Прогнозирование рассеяния радиоактивных примесей в атмосфере и расчет доз должны осуществляться на основе адекватных математических моделей. Исходными данными для моделей должны являться сведения, которые могут быть известны непосредственно при возникновении аварии и не требуют проведения дополнительных расчетов [4, 5]. Результаты расчетов должны отображать динамику изменения радиационной обстановки на карте местности, предоставляться в графическом, текстовом и табличном видах. Анализ радиационной обстановки должен проводиться на основе сопоставления полученных данных с принятыми критериями радиационной безопасности населения. Рекомендации должны вырабатываться в соответствии с требованиями нормативных документов. Требования представляют собой набор эвристических данных, которые могут быть формализованы с помощью логических правил. Возможности работы с эмпирическими и эвристическими данными предоставляются экспертными системами [6, 7]. Таким образом, информационная система оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу должна содержать геоинформационную, моделирующую и экспертную системы.

Количественное описание распространения радиоактивных веществ в атмосфере и их воздействие на население возможно на основе адекватной физико-математической модели. Модель должна описывать процессы, определяющие рассеяние примесей в атмосфере и воздействия ионизирующего излучения на население: ветровой перенос, турбулентную диффузию, гравитационное оседание, вымывание осадками, взаимодействие с подстилающей поверхностью, радиоактивный распад, внешний н внутренний пути формирования дозы. Кроме этого, модель должна позволять учитывать свойства подстилающей поверхности, параметры выброса, состояние устойчивости атмосферы, зависимость скорости и направления ветра с высотой, свойства радионуклидов.

В настоящее время для прогнозирования рассеяния примесей в атмосфере существуют модели, основанные на уравнениях механики сплошной среды [8 -11], полуэмпирические модели [8, 10, 12], стохастические модели [13 -28]. Использование уравнений механики сплошной среды позволяет получить распределение радиоактивных примесей с учетом неоднородности поля скорости ветра в горизонтальном и вертикальном направлениях, шероховатости подстилающей поверхности, изменения устойчивости атмосферы. При этом прогнозирование рассеяния примесей в атмосфере основано на данных, требующих множества замеров направления и скорости ветра, температуры. Трудности, связанные с обеспечением начальными данными и большие затраты машинного времени для решения уравнений делают нецелесообразным применение этих моделей в условиях аварийной обстановки, требующей проведения оперативных прогнозных расчетов.

Модели, основанные на значительных упрощающих допущениях, образовали класс полуэмпирических моделей описания рассеяния примесей в атмосфере, например, К-модели [12, 29-31] или гауссовы модели [12, 29, 30, 32, 33]. В основе К-моделей лежит уравнение турбулентной диффузии [30], в котором зависимость переноса примесей от состояния устойчивости атмосферы описывается тензором коэффициентов турбулентной диффузии. Аналитическое решение уравнения возможно при постоянных коэффициентах турбулентной диффузии. В других случаях, задача сводится к определению вида тензора и численному решению уравнения турбулентной диффузии [34, 35]. Гауссовы модели основаны на предположении о нормальном распределении примеси в пространстве в любой момент времени. Исходными данными гауссовых моделей являются скорость и направление ветра в точке выброса, класс устойчивости атмосферы, высота и мощность выброса. Эти данные не требуют множества замеров или проведения дополнительных расчетов. Гауссовы модели позволяют оперативно рассчитывать распределение примесей в приземном слое атмосферы с учетом гравитационного оседания, радиоактивного распада, вымывания осадками, шероховатости подстилающей поверхности. В настоящее время гауссовы модели являются моделями, рекомендованными МАГАТЭ для прогнозирования распространения примесей при возникновении аварийных ситуаций [36]. Недостатками полуэмпирических моделей являются использование упрощающих предположений значительно снижающих достоверность прогнозных расчетов. Кроме этого, гауссовы и К-модели не позволяют рассчитать наземные концентрации загрязняющих веществ, учитывать изменения метеоусловий с течением времени, сложный рельеф и неоднородности свойств подстилающей поверхности.

Стохастические модели основаны на построении траекторий ансамбля случайно блуждающих частиц [37]. Исходными данными для использования этих моделей также как и для гауссовых моделей являются: скорость ветра в точке выброса, параметры источника, мощность выброса, метеоусловия. Стохастические модели позволяют определять удельную плотность загрязнения атмосферы. Данные модели можно обобщить для расчета наземных концентраций примесей и внешнего и внутреннего воздействия излучения радионуклидов на человека. При этом могут быть учтены процессы ветрового переноса, турбулентной диффузии, гравитационного оседания частиц примеси, вымывания их осадками, взаимодействия с подстилающей поверхностью, радиоактивный распад.

Прогнозирование последствий радиационной аварии сводится к последовательному решению задач определения концентраций радиоактивных веществ в окружающей среде и расчету доз. Но в случае аварийного выброса информация о дозовых нагрузках должна быть доступна оперативному персоналу в самые ранние сроки [4, 5] в связи с необходимостью снижения уровней ингаляционного и внешнего облучения населения. Поэтому, необходима разработка комплексной математической модели, предназначенной для одновременного определения уровней загрязнения приземного слоя атмосферы и расчета доз.

В настоящее время разработано значительное количество информационных систем, предназначенных для решения различных задач, связанных прогнозированием распространения примесей в атмосфере. Например, экологический программный комплекс «Zone» [38], позволяющий рассчитывать рассеяние примеси в результате мгновенного и продолжительного выбросов, предназначен для оценки предельно допустимых концентраций. В рамках комплекса реализована модель рассеяния лагранжевых частиц [39]. Расчет доз отсутствует. Комплекс работает на персональном компьютере в операционной среде MS-DOS.

Программный комплекс «Чистый воздух - расчет рассеяния», разработанный ООО «Экологической фирмой «Лазурит», предназначен для проведения работ по экологической сертификации, паспортизации и аудиту [40]. Расчет рассеяния загрязняющих веществ проводится в соответствии с ОНД-86 [41].

Программный комплекс "Гарант-Универсал", разработанный НПО фирмой «Гарант» [42]. Расчет рассеяния вредных веществ проводится в соответствии с ОНД-86. Программный комплекс содержит программы, предназначенные для расчета рассеяния вредных веществ в воздухе, формирования проекта предельно допустимых выбросов, экологического паспорта предприятия, таблиц "Инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу" в соответствии со стандартными формами. В составе комплекса имеется программа "НУКЛИД", для расчетов полей среднегодовых концентраций радиоактивных веществ в приземном слое атмосферы, годовых выпадений на почву, а также доз облучения от среднегодовых концентраций радиоактивных веществ в атмосферном воздухе и от выпадений их на почву.

Система Recass - это система информационной поддержки решения задач чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийным загрязнением окружающей среды. Основными задачами системы RECASS [43] являются сбор, обработка, систематизация и хранение данных мониторинга, представление результатов анализа состояния загрязнения на контролируемой территории, моделирование процессов распространения загрязняющих веществ в атмосфере, расчет индивидуальных и коллективных доз. В системе используются возможности геоинформационных систем, реализованы модели, основанные на разных методиках и, как следствие, имеющих разную оперативность. Система RECASS предназначена для работы в операционной среде UNIX с использованием стандартных средств MS Windows.

Программный комплекс «Призма» [44], разработанная в НПП «ЛОГУС», предназначена для автоматизированной поддержки принятия решений по формированию комплекса воздухоохранных мероприятий для предприятия на основе рассчитанных полей приземных концентраций. Предусмотрена возможность работы программного комплекса с ГИС ArcView/Arclnfo и САПР AutoCAD.

Система «Нострадамус» [45], разработанная в ИБРАЭ РАН, предназначена для расчета развития обстановки в результате аварий на ядерно-опасных объектах в реальном режиме времени. Расчет динамики концентраций происходит на основе лагранжевой стохастической модели рассеяния примесей. Поля концентраций используются для расчета доз. Система реализована для работы на персональном компьютере в операционных средах MS-DOS и MS-Windows.

Прикладная геоинформационная система PRANA [46], предназначена для поддержки принятия решений по реабилитации радиоактивно загрязненных территорий. Система представляет собой совокупность отдельных специализированных геоинформационных систем, применяемых для исследований моделей расчета доз, рисков, оптимизации структуры контрмер.

Таким образом, в настоящее время программные комплексы разрабатываются на основе геоинформационных или экспертных систем, в структуре которых присутствуют моделирующие блоки. С помощью программных комплексов решаются задачи нормирования выбросов предприятий, определения среднегодовых концентраций и значений доз, расчета приземных концентраций примесей и дозовых нагрузок населения в результате аварийных выбросов в атмосферу, анализа рисков населения. Расчеты проводятся с использованием моделей различной сложности, масштабности и оперативности. Однако, программного комплекса, интегрирующего возможности геоинформационных, моделирующих и экспертных систем для оперативной подготовки решений при аварийном выбросе радиоактивных веществ в атмосферу, используемого службами гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, аварийно-техническими центрами не существует. В связи с этим существует необходимость разработки геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.

Целью диссертационной работы является повышение оперативности и адекватности прогнозирования, оценки последствий и эффективности вырабатываемых решений при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу с помощью проблемно-ориентированного программного обеспечения.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить требования к информационному обеспечению для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу и поддержки принятия решений по минимизации радиационного воздействия на население.

Научная новнзна работы заключается в следующем:

3. Создан банк данных, позволяющий проводить прогнозные расчеты рассеяния примесей и индивидуальных доз при различных метеоусловиях и радио-нуклидных составах выбросов, с учетом особенностей местности на основе хранящихся в нем параметров комплексной стохастически-детерминистической модели, пространственных распределений характеристик подстилающей поверхности, параметров потенциально-опасных объектов и реципиентов радиационного воздействия.

4. Разработана методика прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу, выработки рекомендаций о мерах защиты населения с помощью геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса, позволяющая повысить оперативность и эффективность подготовки решений.

Положения, выносимые на защиту.

1. Структура и принципы функционирования геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса, на основе которых могут быть созданы программные средства, позволяющие проводить оперативное прогнозирование развития радиационной обстановки при авариях, связанных с попаданием радиоактивных веществ в атмосферу, оценку последствий аварий и подготовку решений по их минимизации.

Практическая значимость работы. Созданный геоинформационный экс-пертно-моделирующий комплекс «АРИА» может использоваться сотрудниками аварийно-технических служб, комитетов охраны окружающей среды, подразделений гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций для:

- формирования практических навыков принятия решений и повышения квалификации специалистов в области защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций.

Предложенная функциональная структура геоинформационного экспертномоделирующего комплекса может использоваться при разработке других программных средств, предназначенных для оценки последствий загрязнения грунтовых и подземных вод радиоактивными и токсичными веществами.

Реализация и внедрение результатов работы.

Созданный геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА» введен в эксплуатацию в Управлении администрации г Северск по делам защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций, Аварийно-техническом центре г. Северска, Комитете охраны окружающей среды и природных ресурсов г. Северска.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на VIII научнотехнической конференции Ядерного общества России «Использование ядерной энергетики: состояние, последствия, перспективы» (Екатеринбург - Заречный, 1997), международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (Томск, 1997), международной конференции «Сопряженные задачи механики и экологии» (Томск, 1998, 2000, 2002), международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (1998), II Русско-корейском симпозиуме по науке и технологии (Томск, 1998), III сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (Новосибирск, 1998), IV всероссийском научно-техническом семинаре «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (Томск, 1998), Научно-практических конференциях СХК (Северск, 1999, 2003), отраслевой научно - технической конференции «Технология и автоматизация атомной энергетики» (Северск, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005), межотраслевой научно-практической конференции «Современные проблемы атомной науки и техники» (Снежинск, 2000, 2003), Всеросийской научной школе «Математические методы в экологии» (Петрозаводск, 2001), международной конференции «Математические модели и методы их исследования» (Красноярск, 2001), III международной конференции «Проблема управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 2001), международной конференции «Enviromis-2002» (Томск, 2002), III Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2002), XII международной конференции-выставки «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2002), II Научно-технической конференции «Научно-инновационное сотрудничество» (Москва, 2003), II международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики» (Томск, 2003), XIV конференции Ядерного общества России «Научное обеспечение безопасного использования ядерных энергетических технологий» (Удомля, 2003), международной конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности» (Томск, 2004), международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2004), IV сессии школы семинара

Промышленная безопасность и экология» (Саров, 2004).

Заключение диссертация на тему "Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оценка последствий радиоактивных выбросов в атмосферу требует анализа, обработки и хранения больших объемов пространственно-временной, справочно-нормативной информации, применения методов математического моделирования. Применение геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса позволило повысить оперативность и адекватность расчетов, проводить анализ радиационной обстановки в районе расположения потенциально-опасных объектов, вырабатывать рекомендации, направленные на минимизацию воздействия ионизирующего излучения на население.

В целом по работе можно сделать следующие выводы:

1. Проведенный анализ информационного обеспечения при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу показал, что программное обеспечение для повышения оперативности и адекватности прогнозирования, оценки последствий и эффективности вырабатываемых решений должно совмещать функции геоинформационной, моделирующей и экспертной систем, баз данных и знаний.

2. Предложена структура программного комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу. В соответствии с выполняемыми функциями были выделены следующие структурные элементы комплекса: геоинформациопная система, экспертно-аналитическая система, моделирующая система. Геоинформациопная система, предназначенная для отображения и хранения пространственно-временных данных, состоит из цифровых моделей местности, радиационной обстановки, потенциально-опасных объектов, объектов-реципиентов радиационного воздействия, модуля общения. Экспертно-аналитическая система, необходимая для идентификации параметров расчетов, анализа радиационной обстановки, подготовки рекомендаций для принятия решений, состоит из соответствующих функциональных блоков, а также модуля общения и баз данных параметров атмосферного рассеяния, свойств радионуклидов, нормативной базы данных.

Предназначенная для прогнозных расчетов моделирующая система состоит из модуля управления расчетом, расчетных модулей распространения примесей в атмосфере и радиационного воздействия.

3. Создана комплексная стохастически-детерминистическая модель рассеяния радиоактивных примесей в пограничном слое атмосферы и расчета доз внешнего и внутреннего воздействия на человека. Стохастически описываются рассеяние примесей в результате турбулентной диффузии, вымывание примесей осадками, их взаимодействие с подстилающей поверхностью. Перенос примесей ветром, гравитационное оседание и дозы ионизирующего излучения рассчитываются с помощью детерминистических закономерностей. Моделирование распространения примесей в атмосфере производится с учетом степени устойчивости атмосферы, свойств подстилающей поверхности, параметров источника выброса. Расчет доз осуществляется с учетом внешнего и ингаляционного путей воздействия радионуклидов на организм человека, свойств радионуклидов, суммарной активности и раднонуклидного состава выброса.

4. Разработан и реализован геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА» для прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу на персональном компьютере, работающем под управлением операционной системы MS Windows. Комплекс представляет собой проблемно-ориентированное программное обеспечение, разработанное в рамках объектно-ориентированного подхода. Модульная структура комплекса обеспечивает адаптируемость и возможность расширения комплекса для решения задач, связанных с обеспечением радиационной безопасности населения.

Библиография Истомина, Надежда Юрьевна, диссертация по теме Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

1. Baverstam U., Fraiser G., Kelly G. Decision making support for off-site emergency management. Radiat. Prot. Dosim., 1997. - V.73. - № 1-4.

2. Manegement on the Implementetion of Countermeasures in the Agriculture after a Nuclear Accident. Vienna: IAEA TECDOC - 745, 1994. - 104 p.

3. Яцало Б.И., Алексахин P.M., Мирзеабасов O.A. Оптимизация радиационной защиты в агросфере: методы и компьютерные системы поддержки принятия решений. Радиационная биология. Радиоэкология, 1997.-Т.37.-Вып.4.-С.705-718.

4. Романов Г.Н. Ликвидация последствий радиационных аварий. Справочное руководство. М: ИздАТ. - 1993. - 336 с.

5. Организационно-методические вопросы прогноза дозовых нагрузок на население на ранней стадии радиационной аварии для принятия решения. Епифанов В.А., Иванова О.Э., Маргулис У. Я. и др.//В сб.«Медицина катастроф». 1995. -№1-2.-С. 60-66.

6. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды/ Геловани В.А., Башлыков А.А., Брнтков В.Б-М.:Эднториал УРСС, 2001.-304 с.

7. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. — СПб.: Питер, 2001.-384 с.

8. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. -904 с.

9. Белоцерковский О.М., Опарин A.M. Численный эксперимент в турбулентности: От порядка к хаосу. М.: Наука, 2000. - 223 с.

10. Фрик П.Г. Турбулентность: модели и подходы: Курс лекций. Часть 1. -Пермь: Изд-во Перм-го гос. техн. ун-та, 1998. 108 с.

11. И. Фрик П.Г. Турбулентность: модели и подходы: Курс лекций. Часть 2. -Пермь: Изд-во Перм-го гос. техн. ун-та, 1998. 136 с.

12. Бруяцкий Е.В. Теория атмосферной диффузии радиоактивных выбросов. -Киев: Институт гидромеханики НАН Украины, 2000. 443 с.

13. Hanna S. R. Some statistics of Lagrangian and Eulerian wind fluctuations/Л.

14. Appl. Meteor. 1978. - Vol. 18. - P. 518 - 525.

15. Lamb R. G. The effects of release height on material dispersion in the convective planetary boundary lager.- Preprint vol. AMS Fourth Symp. on Turbulence, Diffusion and air Pollution, Reno N. V., 1979. 38 p.

16. Reid J.D. Markov chain simulations of vertical dispersion in the neutral surface lager for surface and elevated releases//Boundary Lager Met. 1979. - Vol.16. -P.3-22.

17. Teilor G. I. Diffusion by continuous movments // Proc. London. Math. Soc. -1921. Vol. 20. - P. 196 - 212.

18. Goldstein S. On diffusion by discontinuous movments and on the telegraph equation // Qurt. Jour. Mech. and Appl. Math. -1951. -Vol. 4. -P.2. -P. 129 1556.

19. Ламли Дж., Коррсин С. Случайное блуждание с лагранжевыми и эйлеровыми статистическими характеристиками: В сб. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха.- М.: ИИЛ, 1962. с. 204-209.

20. Морозов А.Н. Применение теории немарковских процессов при описании броуновского движения//ЖЭТФ.-1996.-Т. 109,№4-С. 1304- 1315.

21. Fogedby Н. С. Langevin equations for continuous time Levy Flights//Phys. Rev. E. 1994. - Vol. 50. 2. - P. 1657 - 1660.

22. Blumen A., Zumofen G., Klafter J. Transport aspects in anomalous diffusion: Levy walkes//Phys. Rev. A. 1989. - Vol. 40,№ 7. p. 3964 - 3973.

23. Shlesinger M.F., West B.J., Klaflor J. Levy Dynamics of Enhaced Diffusion: Application to Turbulens//Phys. Rev. Lett. 1987. - Vol. 58,№ 11. - P.l 100- 1103.

24. Колмогоров А.Н. Локальная Структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса//Докл. АН СССР. 1941. -Т. 30,№4. — С. 299-303.

25. Hentschd H.G.E., Procaccia I. Fractal nature of turbulence as manifested in turbulent diffusion//Phys. Rev. A. 1983. - Vol. 27,№ 2. - P. 1266-1269.

26. Benzi R., Paladin G., Parizi G., Vulpiani A. On the multifractul nature of fully developed turbulenee and chaotic systems//J.Phis.-1984.-Vol.A17,№18.-P.3521-3531.

27. Паладин Дж., Вульниани А. Фрактальные модели двух- и трехмерной турбулентности: В сб. Фракталы в физике М.: Мир, 1988. - С. 624 - 631.

28. Nelkin М. Multifractal scaling of velocity derivatives in turbulence // Phis. Rev. A. 1990. - Vol. 42, №12. - P. 7226 - 7229.

29. Ohkitanik. Multifractal phenomenology and refined similarity hypothesis in turbulence // Phis. Rev. E. 1994. - Vol. 50, № 5. - P. 4253 - 4255.

30. Берлянд M.E. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. JL: Гид-рометеоиздат, 1985. - 272 с.

31. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -224с.

32. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха / Под ред. А.С. Монина. М.: Изд-во иностранной лит-ры, 1962. - 512 с.

33. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. -J1.: Гидрометеоиздат, 1975.-448 с.

34. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей/Под ред. Ньидстадта Ф.Т.М. и Ван Допа X. Л.:Гидрометеоиздат, 1985-351с.

35. Gifford F.A. Horizontal diffusion in the atmosphere: a lagrangian-dynamical the-ory//Atmos. Env.- 1982.— Vol. 16.-№3.-P. 505-512.

36. Вызова Н.Л., Гаргер E.K., Иванов B.H. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. JL: Гидрометеоиздат, 1991.-278 с.

37. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выборе площадок для атомных электростанций. Серия изданий по безопасности № 50 SG - S3. -Вена: МАГАТЭ, 1982.

38. Р. Хокни, Дж Иствуд. Численное моделирование методом частиц. М: Мир, 1987.-640 с.

39. Экологический программный комплекс для персональных ЭВМ. Теоретические основы и руководство пользователя ЭПК «Zone»/ Под ред. Гаврилова А.С. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. - 168 с.

40. Stohl A. Computation, accuracy and applications of trajectories A review and bibliography//Atmos. Env. - 1998. - Vol 32, №6 - P. 947-966.

41. Сайт гильдии экологов www.ecogiuld.ru.

42. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86.-Л:Гидрометеоиздат,1987.-93с.

43. Сайт НПО «Гарант» http://garant.hut.ru/programs/universal.html

44. Сайт ФИАЦ Росгидромета http://www.typhoon.mecom.ru

45. Халевин Р.Г., Бердников А.В. Компьютерные программы для эколо-гов//Экологические системы и приборы 2002.-ЖЗ-С. 35-38.

46. НОСТРАДАМУС (NOSTRADAMUS). Система поддержки принятия решений при аварийных выбросах на ядерно-опасных объектах. -http://www.ibrae.ac.ru/Igis/bank/nostradamus.htm

47. Яцало Б.И., Демин В.Ф. Поддержка принятия решений по управлению тех-ногенно загрязненными территориями на основе анализа риска с применением геоинформационной технологии// Атомная энергия 2002.- Т.93.- Вып. 2. - С. 128- 136.

48. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. М.:Химня,1981.-616с.

49. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): Гигиенические нормативы. -М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. 116 с.

50. Хриган А.Х. Физика атмосферы. М.: Гос. изд. физ.-матлит., 1958. - 476 с.

51. Стыро Б.И. Самоочищение атмосферы от радиоактивных загрязнений. Л.: Гидрометеоиздат, 1968.

52. Уорк К., Уорнер С. Загрязнение воздуха. Источники и контроль М.: Мир, 1980.-539 с.

53. Турбулентность. Принципы и применения/ Под ред. У.Фроста, Т.Моулдена. М.: Мир, 1980.-536 с.

54. Методы расчета турбулентных течений/ Под ред. В. Кольмана. -М.: Мир, 1984.-464 с.

55. Новое в численном моделировании: алгоритмы, вычислительные эксперименты, результаты / Под ред. Макарова. М.: Наука, 2000. - 247 с.

56. Howard Richard J. A., Sandham Neil D. Simulation and modelling of a skewed turbulent channel flow//Flow, Turb. and Combust. 2000. -Vol.65,№ 1.-P.83-109.

57. Abe Hiroyuki, Kawamura Hiroshi, Matsuo Yuichi. Direct numerical simulation of a fully developed turbulent channel flow with respect to the Reynolds number de-pendence//Trans. ASME. J. Fluids Eng. 2001. - Vol. 123,№ 2. - P. 382-393.

58. Yamamoto Y., Potthoff M., Tanaka Т., Kajishima Т., Tsuji Y. Large-eddy simulation of turbulent gas-particle flow in a vertical channel: effect of considering inter-particle collisions//. Fluid Mech. 2001. - Vol. 442 - P. 303-334.

59. Секундов A.H. Модель турбулентности для описания взаимодействия пограничного слоя с крупномасштабным турбулентным потоком. Газовая динамика. Избранное: Сборник статей. Т. 2. М.: Физматлит, 2001С. 455 - 463.

60. Carlier Johan, Laval Jean-Philippe, Stanislas Michel. Some experimental support at a high Reynolds number to a new hypothesis for turbulence modeling // C. r. Acad, sci. Ser. 2. Fasc. b. 2001. - Vol. 329, № 1. - P. 35 - 40.

61. Domaradzki J.A., Yee P.P. The subgrid-scale estimation model for high Reynolds number turbulence//Phys. Fluids. 2000. - Vol. 12,№ 1. - P. 193 - 196.

62. Pattison Martin J., Tinoco Hernan, Street Robert L., Banerjee Sanjoy. Large Eddy Simulation of turbulent plane couette flow. Turbulence and Shear Flow Phenomena 1: 1st Int. Symp., Santa Barbara, Calif., Sept. 12-15, 1999. - New York:

63. Begell House Inc.; Wallingford, 1999. P. 1287 - 1292.

64. Кузьминов A.B., Лапин B.H., Черный С.Г. Метод расчета турбулентных течений несжимаемой жидкости на основе двухслойной (к-е)-модели//Вычисл. технол. 2001. - Вып.6, № 5. - С. 73 - 86.

65. Сажин Б.С., Акулич А.В., Сажин В.Б. Математическое моделирование движения газа в сепарационной зоне прямоточного вихревого аппарата на основе (кТ-е)-модели турбулентности//Теор. основы хим. технол. 2001. - Вып.35, №5.-С. 472-478.

66. Wang You Qin, Derksen R.W. Prediction of developing turbulent pipe flow by a modified k-e-g model//AIAA Journal. -1999. -Vol.37,№ 2. P. 268 - 270.

67. Tangemann R., Gretler W. Numerical simulation of a two-dimensional turbulent wall jet in an external stream//Forsch. Ingenieurw. 2000. - Vol.66,N° 1. - P. 31-39.

68. Головня Б.П. К вопросу о введении пристенных поправок в модель турбулентности k-е типа для расчета течений в пограничном слое. // Теплофиз. высок. температур. 2000. - Вып. 38, № 2. - С. 257-261.

69. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. - 720 с.

70. Вызова Н.Л. Рассеяние примесей в приземном слое атмосферы. М.: Гид-рометеоиздат, 1974. - 190 с.

71. Вызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов В.Н. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-278 с.

72. Зилитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.- 190 с.

73. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы — Л.: Гидрометеоиздат, 1961.-253 с.

74. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Теория турбулентности. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 694 с.

75. Gifford F. Use of routine meteorological observations for estimating atmospheric dispersion // Nuclear Safety. 1961- Vol. 2. - № 4 - P. 47.

76. Sagendore J.F., Dickson C.R. Diffusion under low wind speed inversion conditions. In: National Oceanic and atmospheric Administration (NDAA) Tech. Memo ERL-ARL-52, 1974.

77. Vogt K.J. Dispersion of radioactive material on small, mezo- and global scales. -In: Proc. IAEA WHO Symposium on Physical Behaviour of radioactive Contaminants in the atmosphere. Vienna, IAEA, 1974. P. 19.

78. McElroy J.L. A comparative study of urbun and rural dispersion//J.Appl. Meteo-rol. 1969. - Vol. 8. - № 12. - P. 19.

79. Irwin J.S. A theoretical variation of the wind profile power low exponent as a function of surface roughness and stability//Atmos. Env. 1979. - Vol.13. - P.191-194.

80. Draxler R.R. Determination of atmospheric diffusion parameters// Atmos. Environ. 1976. - Vol. 10. - P. 99 -105.

81. Philips P., Panofsky H.A. A re-examination of literal diffusion from continuous sourse//Atmos. Environ. 1982.-Vol. 16, №8.-P. 1851 -1859.

82. Li W.W., Meroney R.N. Estimation of Lagrangian time scales from laboratory measurements of lateral dispersion//Atmos.Environ. -1984. -Vol. 18.-P. 1601 -1611.

83. Harison R.M., McCartney N.A. A comparision of the predictions of a simple Gaussian plume dispersion model with measurements of pollutant concentration at graund-level and alofV/Atmos.Environ. 1980. - Vol. 14. - P. 589 - 596.

84. Динамическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 607 с.

85. Допустимые выбросы радиоактивных и химических веществ в атмосфе-ру/Е.Н. Теверовский, Н.Е. Артемова, А.А. Бондарев и др.; Под ред. Е.Н. Теве-ровского, И.А. Терновского. М.: Энергоатомиздат, 1985. -216 с.

86. Мс Bean G. A. The planetary boundary layer. WMO Tech. Note, 1979. - № 165-P. 202.

87. Розанов Ю.А. Случайные процессы. M.: Наука, 1971. - 288 с.

88. Вентцель А.Д. Курс теории случайных процессов. М.: Наука - Физмат-лит, 1996.-400 с.

89. Кац М. Вероятность и смежные вопросы в физике. М.:Мир,1965. - 408с.

90. Рейф Ф. Статистическая физика. М.: Наука, 1972. - 352 с.

91. Репке Г. Неравновесная статистическая механика. М.:Мир,1990.-320с.

92. Zumofen G., Blumen A., Klafter J., Shlesinger M.F. Levy walks for turbulence: a numerical study//! Statist. Phys. -1989. -V.54, №5 P. 1519 - 1528.

93. Schlesinger M.F., Zaslavsky G.M., Frisch U. Levy Flights and Related Topics in Physics. Springer, Berlin, 1995. 347 p.

94. Yanovsky V.V., Chechkin A.V., Schertzer D., Tur A.V. Levy anomalous diffusion and fractional Fokker-Planck equation//Physica A 2000 - V. 282 P.13-34.

95. Drysdale P.M., Robinson P.A. Levy random walks in finite systems/ZPhys. Rev. E. 1998. - V. 58, № 5. - P. 5382 - 5394.

96. Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Применение блужданий с памятью для описания турбулентной диффузии//М-лы межд. конф. «Сопряженные задачи механики и экологии»,Томск. 2000. - С. 118.

97. Истомин А.Д., Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Моделирование рассеяния радиоактивных веществ в атмосфере с помощью блужданий с памятью//Тез. науч. школы «Математические методы в экологии»,Петрозаводск. 2001. - С. 66 - 68.

98. Истомина Н.Ю., Носков М.Д., Истомин А.Д. Стохастическая модель блужданий с памятью для описания рассеяния примесей в атмосфере//Труды межд. конф. «Математические модели и методы их исследования», Красноярск. -2001.-Т.1.-С. 285-289.

99. Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений: Учебник для вузов. М.: Атомиздат, 1976. - 504 с.

100. Абрамов А.И. Основы ядерной физики. М.:Энергоатомиздат, 1983- 256с.

101. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика М.: Наука, 1972. - 671с.

102. Мухин К.Н. Введение в ядерную физику. -М.:Атомиздат, 1965. 720с.

103. Иванов В.И. Курс дозиметрии. М.: Энергоатомиздат, 1988 .- 400 с.

104. Машкович В. П. Защита от ионизирующих излучений: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1982 . - 296 с.

105. Защита от ионизирующих излучений. Т. 1: Физические основы защиты от излучений: Учебник для вузов / Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П., и др. - М.: Атомиздат, 1980. - 510 с.

106. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 352 с.

107. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. - 288 с.

108. Смирнов С.В., Тюкавин Д.В. Разработка специализированной справочно-советующей системы//Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2003. 11. С. 13-17.

109. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. Петрозаводск: Петрозаводский университет, 1998. - 126 с.

110. Жиганов А.Н., Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Моделирование последствий выброса радиоактивных веществ в атмосферу//Известия вузов. Физика. 2000. - Т. 43, № 4, (приложение) - С. 100-104.

111. Жиганов А.Н., Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Стохастическая модель оценки последствий выброса загрязняющих веществ атмосферу//Тез. конф. «Современные проблемы атомной науки и техники»,Снежинск 2000. - с. 341 - 342.

112. Истомина НЛО., Носков М.Д., Истомин А.Д. Информационное обеспечение поддержки принятия решений по минимизации последствий аварийного выброса радиоактивных веществ в атмосферу// Экологические системы и приборы. 2004.- № 6. - С. 5 - 8.

113. Сапожникова С.А. Изменение скорости ветра с высотой в нижнем слое воздуха//Тр. НИУ ГУГМС.-Л.:Гидрометеоиздат, 1946. -№ 33.-103 с.

114. Дроздов О.А., Григорьева А.С. Влагооборот в атмосфере. Л.: Гидроме-теоиздат, 1963. - 240 с.

115. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: Гидро-метеоиздат, 1994. - 675 с.

116. Ionizing Radiation: Soursec and Biological Effects. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation 1982 Report to the General Assembly. -N.Y.: UN, 1982.-P. 268.

117. Generic Models and Parametrs for Assessing the Enroviromental Transfer of Radionuclides from Rutine Releases. Exposure of Critical Groups. Safety Series № 57. Procedure and Data. Viena: IAEA, 1982. - P. 348.

118. Лысцов B.H., Иванов А.Б., Колышкин A.E. Радиоэкологические аспекты аварии в Томске//Атомная энергия. 1993. - Т.74, № 4, - С. 364-367.

119. Савкин М.Н., Титов А.В. Анализ радиационной обстановки на следе аварийного выброса Сибирского химического комбината: В кн. Медицина катастроф. М.: ГНЦ: «Институт биофизики», 1995. - С.76-84.

120. Булатов В.И., Чирков В.А. Томская авария: мог ли быть сибирский Чер-нобль? Новосибирск: ЦЭРИС, 1994 - 32 с.

121. Реабилитация территорий, подвергшихся радиоактивному загрязне-нию/Дорожко Е.Г., Мокров Ю.Г., Кондаков В.М. и др.; сб. докладов второй научно-технической экологической конференции «Экология ядерной отрасли», 2001.-С. 79-86.

122. Истомина Н.Ю., Носков М.Д. Концепция геоинформационно-моделирующей экспертной системы для оценки аварийного риска//М-лы конф.«ТААЭ», Северск.-2001- С.4 6.

123. Бугаевский JI.M., Вахромеева JI.A. Картографические проекции. М.: Недра, 1992.-293 с.

124. Истомина Н.Ю., Истомин А.Д., Носков М.Д. Применение ГИС для прогнозирования распространения загрязняющих веществ и оценки их воздействия на человека//В сб. НГА Украины. 2000. - т.1., №9 - С. 164 - 168.

125. Истомина Н.Ю., Носков М.Д., Истомин А.Д., Жиганов А.Н. Программныйкомплекс для мониторинга радиоактивного загрязнения окружающей сре-ды//Тр. конф. «ТААЭ», Северск. 2003. - С. 66 - 69.

126. Жиганов А.Н, Истомина Н.Ю., Истомин А.Д., Носков М.Д., Чеглоков А.А. Геонформационный-моделирующий комплекс для оценки последствий радиационных аварий//ЯТЦ: энергетика, технология, экология, безопасность, 2004. -Т.1, №1.-2004.-С. 65-70.

127. Истомина Н.Ю., Истомин А.Д., Носков М.Д. Геоинформационный моделирующий комплекс экологического мониторинга территорий//М-лы межд. конф. «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики»,Томск.-2003.-Т1.-С. 166- 167.

128. Скрэгг Г. Семантические сети как модели памяти//Новое в зарубежной лингвистике. М.: Радуга, 1983. - Вып. 12. - С. 228 - 271.

129. Шейк Р., Хантер Л. Познать механизмы мышления.Реальность и искусственного интеллекта. М.: Мир, 1987. - 256 с.

130. Количественная оценка риска химических аварий/Колодкин В.М., Мурин А.В., Петров А.К. и др. Ижевск:УдГУ, 2001. - 228 с.

131. Лейкин И.Н. Рассеивание вентиляционных выбросов химических предприятий. -Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 224 с.

132. Истомина Н.Ю., Жиганов А.Н., Носков М.Д., Чеглоков А.А. Система поддержки принятия решений при аварийном выбросе радиоактивных веществ в атмосферу//Труды межд. конф. «Enviromis-2002»,Томск.- 2002. С. 352 - 356.

133. Носков М.Д., Истомина Н.Ю. Информационно-моделирующий комплекс для принятия решений по обеспечению радиационной безопасности//Сб. «Промышленная безопасность и экология»,Саров. 2004. С. 131 - 135.

134. Фролов А.В., Фролов Г.В. Программирование для Windows NT. М.: Диалог - МИФИ, 1996. - Т. 26 - 272 с.

135. UNIX: руководство системного администратора. Немет Э., Снайдер Г., Сибасс С., Хейн Т.Р.: Пер. с англ. Киев.-.BHV, 1998. - 832 с.

136. Олгтри Т.В. Firewalls. Практическое применение межсетевых экранов: Пер с англ. М.: ДМК Пресс, 2001.-400 с.

137. Истомина Н.Ю.,Жиганов А.Н.,Носков М.Д., Истомин А.Д. Геоинформационный экспертный комплекс «АРИА»//Тр.конф. «ТААЭ»,Северск. 2004. — С. 16-20.

138. Истомина Н.Ю., Носков М.Д., Истомин А.Д., Жиганов А.Н. Применение геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса «АРИА» для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу//Известия ТПУ. 2005. - Т. 308, № з. - С. 84 - 87

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00