автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Компьютерный анализ экологической безопасности в районе крупных автомагистралей с учетом локальных атмосферных циркуляций

На правах рукописи

Редикульцева Нина Ивановна

КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В РАЙОНЕ КРУПНЫХ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ С УЧЕТОМ ЛОКАЛЬНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЦИРКУЛЯЦИЙ (НА ПРИМЕРЕ МКАД)

05.26.02 - «Безопасность в чрезвычайных ситуациях

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

(технические науки)»

Москва 2006

Работа выполнена в Вычислительном центре им. А.А. Дородницына РАН и Московском государственном университете инженерной экологии

Научный руководитель:

доктор технических наук Дивеев Асхат Ибрагимович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Дикусар Василий Васильевич, доктор технических наук, профессор Дли Максим Иосифович

онного совета Д 002.017.03 в Вычислительном центре им. A.A. Дородницына РАН (119991, г. Москва, ул. Вавилова, дом. 42).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Вычислительного центра им. A.A. Дородницына РАН.

Автореферат разослан "-J "Ьй/УТА 2006 г.

Ведущая организация:

НПО "Наука"

tt

Защита состоится

2006 г. на заседании диссертаци-

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.017.03 кандидат физико-математических наук

А.В.Мухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многочисленные исследования загрязнения воздушного бассейна крупных мегаполисов показывают, что основной вклад в загрязнение их атмосферы вносят транспортные потоки. Для Москвы этот вклад составляет свыше 80% общего загрязнения. Автотранспорт расходует в сутки около 20 тысяч тонн горючего и потребляет из атмосферы около 60 тысяч тонн кислорода. При этом в воздух выбрасывается огромный спектр токсикантов, до 500 различных видов. Численные оценки валовых выбросов загрязнения автотранспортом в целом по городу показывают, что ежесуточно автотранспорт Москвы выбрасывает в атмосферу около 4 тысяч тонн угарного газа, 600 тонн окислов азота, 300 тонн окислов серы, 600 тонн парообразного бензина, 20 тонн хлоридов, бромидов, окисей свинца, фосфатов и других поллютантов. Эта краткая характеристика загрязнения атмосферы Москвы транспортными потоками указывает на настоятельную необходимость его учета для обеспечения экологической безопасности в районе крупных автомагистралей.

Наблюдаемое в настоящее время увеличение концентрации вредных примесей от транспортных потоков и соответствующее ухудшение экологического состояния лесных насаждений может быть обусловлено следующими двумя причинами. Первая причина связана с резким возрастанием плотности автотранспортных потоков в современных условиях. Вторая причина может быть связана с изреживанием придорожных лесов и вытекающим из этого неблагоприятным развитием локальных атмосферных циркуляций, переносящих атмосферную примесь на лесные массивы. Усиливающиеся процессы заболевания и гибели лесных насаждений приводят к дальнейшим изменениям структуры ветровых потоков в сторону увеличения воздействия выбросов автотранспорта на леса, что по существу представляет собой положительную обратную связь в системе функционирования лесных экосистем под воздействием загрязнений от автотранспорта.

Экологические процессы в районе крупных автомагистралей имеют комплексный характер. Понятие "экологическая безопасность дороги" включает соблюдение санитарных норм загрязнения воздуха, воды, почвы; предупреждение необратимых изменений природных систем. Главной предпосылкой возрастающего негативного воздействия на окружающую среду является несоответствие параметров существующих дорог требованиям экологической безопасности, неуче^0^меиегт№ состояния среды

i библиотека

вследствие дорожного движения, общий рост интенсивности движения и изменение его состава в сторону увеличения большегрузных автомобилей.

Для обеспечения экологической безопасности в районе больших ав-томагисгралсй должно проводиться экологическое нормирование вредных выбросов в атмосферу. В настоящее время основным руководящим документом. по которому осуществляются расчеты и прогнозирование загрязнений, является методика ОНД-86. Согласно принятым в ней нормативам для регулирования загрязнения атмосферного воздуха устанавливаются так называемые предельно допустмые выбросы. По определению предельно допустимые выбросы представляет собой количество выбросов в единицу времени (мощность выбросов), при которых в районе жилой застройки или охраняемой природной экосистемы концентрация примеси не превышает предельно допустимых концентраций. Следует отметить, что в методике ОНД-86 проблеме прогнозирования загрязнения от автотранспорта уделено недостаточное внимание. Это, по всей вероятности, обусловлено малой интенсивностью автотранспортных потоков во время написания документа. Предложенная в ОНД-86 методика расчета атмосферного переноса загрязнений 01 гранспортных потоков описана в разделе 3 под названием: "Расчет за! рязнений атмосферы выбросами линейного источника" и изложена на фех страницах текста из общего количества 93-х страниц документа. Главным недосгатком предложенной в ОНД-86 методики расчета является 0тсу1сгвие в ней учета локальных атмосферных циркуляций, что не позволяет учитывать многие важные процессы воздействия выбросов автотранспорта на природные объекты и жилые районы.

Модель локальных циркуляций (конвекций) позволяет учитывать положительные обратные связи в системе "атмосферное загрязнение - лес". Это в свою очередь дает возможность использовать методы систем автоматического регулирования для разработки эффективных программных средств автоматизированного контроля и управления экологической обстановкой в районе крупных автомагистралей.

В связи с изложенным можно сделать вывод о важности учета локальных циркуляций для обеспечения экологической безопасности в районе больших автомагистралей. Решение этой задачи имеет важное практическое значение для обеспечения эффективного регулирования выбросов автотранспорта и управления экологической обстановкой в районе крупных автомагистралей, При этом большую важность приобретает разработка

теоретических и экспериментальных методов прогнозирования экологического состояния природной среды по результатам моделирования площадных распределений атмосферного загрязнения. Решению этих важных и актуальных вопросов посвящена настоящая диссертация.

Цель диссертационной работы. На основе использования атмосферной гидродинамики, компьютерного моделирования, многокритериального комплексного оценивания, а также ландшафтно-климатических и экспериментальных данных разработать:

- математические и компьютерные модели атмосферного переноса газовых выбросов автотранспорта и аварийных облаков токсикантов с учетом локальных атмосферных циркуляций;

- математическую модель доза-эффект зависимостей, позволяющую на основе экспериментальных данных и математического моделирования анализировать, прогнозировать и контролировать экологическую безопасность в районе крупных автомагистралей;

- концепцию, архитектуру и структуру программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей.

Практически применить разработанные алгоритмы и программно-информационное обеспечение для анализа экологической безопасности в районе Московской кольцевой автодороги (МКАД).

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи.

1. На основе использования уравнений газовой динамики разработать математическую и компьютерную модели локальных атмосферных циркуляций в районе крупных автомагистралей. При моделировании циркуляций учесть действие как температурных, так и концентрационных сил Архимеда. Для моделирования растительного покрова использовать приближение пористой среды переменного профиля.

2. Использовать разработанную модель локальных атмосферных циркуляций для математического моделирования распространения газовых выбросов автотранспорта на лесные массивы в районе Московской кольцевой автодороги.

3. С помощью разработанной модели исследовать роль локальных атмосферных циркуляций в процессах распространения газовых выбросов автотранспорта на придорожные леса.

4. Разработать трехмерную математическую и компьютерную модели распространения аварийных облаков токсикантов с учетом природных и техногенных препятствий. Для моделирования растительного покрова использовать приближение пористой среды переменного профиля.

5. Разработать математическую модель многоатрибутного анализа доза-эффект зависимостей.

6. Разработать концепцию, архитектуру и структуру программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей.

Методы исследования. В диссертационной работе используются методы атмосферного гидродинамического моделирования, теории интервальных оценок, кластерного анализа и многокритериального комплексного оценивания, а также результаты экспериментальных исследований доза-эффект зависимостей, описывающих воздействие выбросов автотранспорта на лесные массивы.

Научная новизна диссертации.

1. Разработана математическая и компьютерная модели локальных атмосферных циркуляций в районе крупных автомагистралей (МОЛОКО). Основная отличительная особенность модели состоит в учете влияния гидродинамических сил, возникающих вследствие термической и концентрационной неоднородности, а также влияния растительного покрова в виде пористой среды переменного профиля.

2. На основании экспериментальных данных и компьютерного моделирования показано, что в районе автомагистрали образуется локальная атмосферная циркуляция, которая защищает нижний ярус лесного массива, перекачивая чистые воздушные массы из удаленных частей леса в сторону автодороги.

3. Разработана трехмерная математическая и компьютерная модели распространения аварийных облаков токсикантов вблизи природных и техногенных препятствий. Основная отличительная особенность модели состоит в учете влияния растительного покрова в виде пористой среды переменного профиля.

4. Разработана математическая модель многоатрибутного анализа доза-эффект зависимостей. Основная отличительная особенность модели состоит в использовании интервальной функциональной связи между показателями дозы и эффекта.

Практическая значимость.

1. Разработана концепция, архитектура и структура программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе автомагистралей, которая позволяет с использованием удобного интерфейса осуществлять оценку и прогнозирование экологических процессов в придорожных лесах.

2. Разработанная математическая модель локальных атмосферных циркуляции в районе автомагистралей (МОЛОКО) позволяет на практике проводить анализ экологической безопасности в районе крупных автомагистралей с учетом локальных конвенций, оказывающих существенное влияние на сложную динамику атмосферного переноса газовых выбросов автотранспорта и аварийных облаков токсикантов.

3. Предложены практические формулы для расчета относительной и абсолютной величины экологического ущерба лесам от газовых выбросов автотранспортных потоков и воздействия аварийных облаков токсикантов. Предложенные формулы могут быть использованы для экологического зонирования придорожных лесов.

Достоверность теоретических разработок подтверждена вычислительными экспериментами на персональных компьютерах и реальными натурными измерениями показателей экологического состояния лесных экосистем в районе МКАД, результаты которых позволяют сделать вывод о работоспособности и адекватности предложенных математических моделей и алгоритмов.

Обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается, корректным применением методов атмосферного гидродинамического моделирования, теории интервальных оценок, теории кластерного анализа, теории многокритериального комплексного оценивания, а также результатов экспериментальных исследований доза-эффект зависимостей для оценки воздействия выбросов автотранспорта на лесные массивы.

Личный вклад автора в проведенное исследование.

В диссертацию включены только те результаты, которые принадлежат лично диссертанту:

1. Математическая модель локальных атмосферных циркуляций в районе крупных автомагистралей (МОЛОКО). Основным отличительным элементом модели является учет в ней гидродинамических сил, возни-

кающих вследствие термической и концентрационной неоднородности подстилающей поверхности и воздушной среды.

2. Методика использования интегральных индексов для формирования многокритериальных оценок экологического состояния окружающей среды в районе автомагистралей.

3. Результаты анализа роли локальных атмосферных циркуляций в распространении газовых выбросов при авариях на автотранспорте.

4. Методика экологического зонирования лесных экосистем в районе крупных автомагистралей на три зоны экологической опасности: импакт-ную, буферную и фоновую.

5. Методика расчета относительного и абсолютного экологических ущербов лесам от газовых выбросов автотранспортных потоков и при авариях на автотранспорте, что необходимо для регулирования и прогнозирования экологической безопасности в районе автомагистралей.

6. Архитектура, концепция и структура программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе автомагистралей.

В совместно опубликованных работах научному руководителю принадлежат постановки задач.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований доложены и обсуждены на Всероссийской научной конференции "Современные информационные технологии в медицине и экологии -ИТМЭ", Смоленск, 20-21 ноября 2003, на 5-й международной конференции "Системы компьютерной математики и их приложения", Смоленск, 1719 мая 2004, а также на научных семинарах РХТУ им. Д.И.Менделеева, Московского государственного университета инженерной экологии, Вычислительно! о центра им. A.A. Дородницына РАН, Московского государственного института стали и сплавов (технологический университет) и лаборатории продуктивности и устойчивости лесных экосистем Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН.

Практическая значимость диссертации подтверждена справкой о практическом использовании результатов диссертационной работы Реди-кульцевой Н И., выданной Центром по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата и сре-

ди которых имеются статьи в научных журналах и сборниках вузовских трудов, а также в трудах всероссийских и международных научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, заключения и списка литературы, включающего 109 наименований и приложения. Диссертация содержит 185 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 10 таблиц и приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована важность и актуальность решаемой научной задачи анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей. Дана характеристика научной новизны и практической значимости диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния исследований по математическому и компьютерному моделированию воздействий выбросов автотранспорта на леса. Установлена связь данной задачи с проблемой многоатрибутного комплексного оценивания качества природной среды и проблемой математического и компьютерного моделирования атмосферного переноса выбросов автотранспорта в районе крупных автомагистралей. Показано, что задача математического моделирования ашо-сферного переноса выбросов автотранспорта должна решаться обязательно с учетом локальных атмосферных циркуляций.

Основу теории многокритериального и многоатрибутного оценивания составляют методы и алгоритмы объединения нескольких различных критериев в единый интегральный показатель или индекс, используемый для выработки научно обоснованных рекомендаций лицом, принимающим решения. Идея интегрального показателя сводится к тому, что для каждого набора критериев или атрибутов существует некая целевая функция, зависящая от критериев, которая наилучшим образом описывает решение многокритериальной проблемы.

В районе крупных автомагистралей, которые являются источниками существенного химического загрязнения природной среды, главными функциональными показателями, характеризующими воздействие газовых выбросов автотранспорта на природную среду, могут служить доза-эффект

зависимости. Доза-эффект зависимости могут быть представлены в виде интервальных бинарных отношений вида (XxY), где X - множество значений дозы, Y - множество значений эффекта. Таким образом, при анализе доза-эффект зависимостей следует использовать методы теории интервальных оценок. Суммарно показатели дозы и эффекта можно рассматривать в качестве единой системы показателей или критериев. При таком подходе для получения интегральных индексов необходимо комбинировать несоизмеримые показатели - концентрации ингредиентов загрязнения и биогеоценотические характеристики леса. При этом необходимо учитывать, что исходные показатели, из которых формируются интегральные индексы, должны быть нормализованы.

При сложении различных показателей в интегральные индексы диапазоны их численного представления должны быть одинаковыми. Наиболее часто используется приведение показателей к единичному интервалу [0, 1] но следующей формуле:

д- =JLz*M!l-, (1)

X — X

v max mm

где Xmm Xmln - соответственно максимальное и минимальное значение показателя.

В статистике часто применяется нормализация, при которой используется отклонение от среднего значения, выраженное в единицах стандартного отклонения, следующего вида:

х „-*=*-, (2)

по

где о - стандартное отклонение, п = 1, 2 или 3.

При такой нормализации большинство значений показателя находится в интервале [-1, 1]. Как правило, данные, выходящие за пределы указанного интервала, отбрасываются как ошибочные.

По существу обе формулы являются одинаковыми преобразователями, но к различным интервалам нормализации. Действительно: Xтш-Хтт «2-ст, хтт *X. В обеих формулах знаменатель представляет собой единицу измерения, в которой выражен показатель. Важным является также вопрос о корреляции показателей. В случае антикорреляции следует предварительно преобразовать показатель к коррелированному с остальными показателями виду. При этом могут быть использованы линейные преобразования, например, следующего вида:

XN = 1__= Xта ~ ^ , (3)

Xmax " "

Например, фитомасса травяно-кустарничкового яруса, проективное покрытие и видовое разнообразие достигают вблизи автомагистрали своего минимального значения, а толщина лесной подстилки наоборот максимальна. Поэтому для подстилки должна быть использована нормализация по формуле (3), а не по формуле (2).

При антикорреляции показателей возможно также использование не

самого показателя, а его обратной величины, например:

¡_ 1

у - х'хя<а . (4)

х»—1 " Г~

Недостатком, приведенной формулы, является ее нелинейный характер. Эта формула может применяться лишь на тех интервалах, размер и расположение которых на графике гиперболы допускает линейную аппроксимацию опытных данных.

Процедура нормализации должна заканчиваться нормализацией входного вектора, преобразующей входной вектор в единичный вектор по следующей формуле:

х(<)

Xм* =

' (5)

В первом приближении интервальные бинарные отношения между нормализованными параметрами дозы и эффекта мо!уг быть представлены в виде интервальной регрессионной модели следующего вида:

Г;=А^ + А2х(;->+... + А„х^=±Акх<-;-> (6)

к-\

где У/ - результат суммирования компонентов дозы, - компоненты дозы, к индекс компонента дозы (концентрации зафязнения) к -\,К, К - число измеряемых параметров дозы, ] = \,п - индекс, нумерующий измерения, п - количество измерений, Л = (а»'с») " симметричные интервальные числа: ак±ск.

Полагая, что результат суммирования нормализованных компонентов дозы целиком и полностью определяет величину показателей эффекта, можно в уравнениях модели (6) в качестве показателей У использовать значения нормализованных показателей эффекта. При этом коэффициенты интервальной модели (6) находятся из условия наилучшей аппроксимации показателей эффекта (аналог метода наименьших квадратов), т.е. следующими соотношениями между интервалами:

к

где //' J-ое измерение /-го эффекта, У] - ^Г я,1 центр суммарного интервала,

Л

Л К - ^ г. | а'" | полуширина суммарного интервала.

1.1

Математическая формулировка этой задачи оптимизации имеет вид задачи линейного программирования (8).

Решение задачи линейного программирования (8) дает неопределенные весовые коэффициенты в декомпозициях (6).

Таким образом, доза-эффект зависимость между совокупностью ингредиентов загрязнения и показателями экологического состояния природной среды может быть представлена с помощью прямоугольной интервальной матрицы, умножение которой на вектор ингредиентов загрязнения дает вектор показателей дозы. Эта матрица перехода может быть названа доза-эффект матрицей. Элементы строк доза-эффект матрицы характеризуют влияние каждого из ингредиентов загрязнения на соответствующий показатель эффекта.

±ск±

к=1 *=]

(8)

кМ к-1

ск> 0, к = ЪК

Теперь для получения площадного распределения показателей экологического состояния природной среды (показателей эффекта) достаточно рассчитать площадное распределение показателей дозы, для чего могут быть использованы различные модели атмосферного переноса выбросов автотранспорт. Показано, что при моделировании атмосферного переноса выбросов автотранспорта на придорожные леса должна учитываться локальная атмосферная циркуляция, которая защищает нижний ярус лесного массива, перекачивая чистые воздушные массы из удаленных частей леса в сторону автодороги.

Сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе описана, разработанная в диссертации математическая модель локальных конвекций (МОЛОКО), использованная для анализа и прогнозирования атмосферного переноса выбросов автотранспорта в районе крупных автомагистралей.

На границе поверхностей с различными термическими свойствами могут образовываться замкнутые атмосферные циркуляции, например, такие как бризы или горнодолинные циркуляции. Замкнутые траектории этих циркуляций могут приводить к возвратным потокам атмосферных загрязнений.

Локальные атмосферные циркуляции выполняют важную роль в защите природной среды от промышленных загрязнений, противодействуя техногенному прессингу со стороны промышленных предприятий и транспортных потоков, что согласуется с принципом Ле Шателье, а также с формулировкой второго закона термодинамики, предложенной в работах Шнайдера и Кэя, согласно которой: "Система, в которую втекает внешний поток эксергии, удаляется от положения равновесия. При этом результирующая реакция системы заключается в такой ее реорганизации, при которой возникающие в ней диссипативные структуры рассеивают внешние градиенты наиболее эффективным способом и, таким образом, противодействуют причине, вызвавшей смещение системы из положения ее термодинамического равновесия". Очевидно, что в случае атмосферного загрязнения лесов роль возникающих противодействующих структур могут играть локальные атмосферные циркуляции и конвекции.

Как показали результаты экспериментальных исследований загрязнения снежного покрова и состояния древостоя в районе Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД), экологическое состояние нижних ярусов древостоя много лучше по сравнению с состоянием ярусов верхнего уровня. Причина подобного явления возможно обусловлена локальными ветровыми циркуляциями атмосферного воздуха. Более высокая температура асфальтового покрытия автодороги является причиной восходящих потоков воздуха, которые на небольших высотах вовлекаются в ветровые потоки. В образовавшуюся в районе автодороги область пониженного давления устремляются более холодные воздушные массы из глубин древостоя. Таким образом, возникают локальные атмосферные циркуляции, которые очищают воздушную среду на уровне нижних ярусов древостоя и одновременно загрязняют выбросами автотранспорта верхние ярусы. Предлагаемый механизм динамики воздушных потоков во многом анало-

гичен локальным циркуляциям, возникающим во время лесного пожара. Мощные воздушные потоки поднимаются вверх над зоной активного горения, в то же время горизонтальные низовые течения переносят в направлении лесного пожара свежие массы атмосферного воздуха, насыщенного кислородом, необходимым для поддержания процессов горения. Таким образом, положительная обратная связь, которая создается локальными воздушными конвекциями, поддерживает процессы горения, многократно уменьшая коэффициент затухания лесного пожара.

Явление образования локальных атмосферных циркуляций целиком и полностью обусловлено силами Архимеда, действующими на воздушные объемы, плотность которых отличается от плотностей окружающей среды. В расчетах следует учитывать термическую и концентрационную силы Архимеда:

/¡ = ярЖГ-Г0),

/2=/?с(С-С0), (9)

где и /? - термическая и концентрационная силы Архимеда, Т и С - температура и концентрация загрязнения всплывающих воздушных объемов, 7о и Со - фоновые величины температуры и концентрации в набегающем ветровом потоке, р - плотность воздуха в набегающем ветровом потоке, g - коэффициент гравитации, р - термический коэффициент объемного расширения, Рс - концентрационный коэффициент объемного расширеиия.

В модели МОЛОКО рассматривается распространение выбросов автотранспорта от одиночной автодороги в условиях плоской симметрии. Такие задачи получили классификационное название задач распространения загрязнения от линейных источников. В этих задачах применяется двухмерное гидродинамическое моделирование в вертикальном сечении. Схематическое изображение принятой в МОЛОКО области моделирования и системы координат представлены на рисунке 1. Геометрические параметры математической модели соответствуют схеме экспериментальных исследований загрязнения лесов в районе МКАД. В результате проведения экспериментальных исследований были получены доза-эффект зависимости. В качестве дозы было использовано загрязнение снежного покрова, а в качестве эффекта состояние лесных насаждений.

Выбор именно этих мест исследования объясняется направлением розы ветров г. Москвы. Состояние древостоя (эффект) оценивалось по пятибалльной шкале: от здоровых деревьев до сухостоя.

В модели были приняты следующие дополнительные упрощающие предположения: 1) коэффициенты турбулентной вязкости, турбулентной

теплопроводности и турбулентной диффузии - изотропны и зависят юлько от высоты г; 2) указанные коэффициенты связаны между собой соотношениями пропорциональности:

К = акм, В = авц, (10)

где ц, К и В - коэффициенты турбулентной (динамической) вязкости, теплопроводности и диффузии, а/с'ав ~ численные коэффициенты пропорциональности, 3) лесной массив моделируется в виде пористой среды переменного профиля с силой сопротивления, пропорциональной скорости ветрового потока: {3 = Д, (г)\, где Д, - коэффициент пропорциональности.

ЛМ К = 30 м

Рис. 1. Область моделирования. На схеме введены обозначения: ЛМ - лесной массив, А - автодорога, Ь - 100м и Ь = 600м - высота и ширина области моделирования, Ы = 30м - высота древостоя, V - скорость набегающего ветрового потока

В рамках принятых упрощающих предположений система дифференциальных уравнений в частных производных модели МОЛОКО имеет следующий вид:

ди Эу —+— = 0, сЬс дг

( ди ди2 дуй р —+-+-

[д( дх дг

[ду дт ду2

— +-+-—

д! дх &

ди

I—

дг

дР „ . . дги д дг

12у Э ( йЛ

дх

(8Т | диТ ^ дуТ\к?Т | д(кдТ\ ^ЧЙ + дх + дг а*г+М дг )'

(П)

дС | диС | дуС Э/ дх дг

дх1 дг{ &

К = акц, В = авц,

где и, V - компоненты скорости, Р - динамическое давление, ср - теплоемкость при постоянном давлении, Т и С - температура и концентрация циркуляционных потоков.

Коэффициент турбулентной вязкости ц может быть найден из решения уравнений турбулентной гидродинамики или на основании полуэмпирических соотношений. Прямое численное моделирование турбулентной гидродинамики требует учета, как минимум, еще двух дополнительных уравнений: уравнения баланса кинетической энергии турбулентных пульсаций и уравнения для коэффициента диссипации этой энергии. В модели МОЛОКО была принята следующая формула для профиля коэффициента турбулентной вязкости:

М = , (12)

z\

где цо и k| - численные коэффициенты, zi = 10м.

Для решения системы уравнений (11) была использована разнесенная сетка и меюд Чорина. В системе уравнений (11) отсутствует уравнение для определения давления. Существуют различные методы, позволяющие рассчитывать поля давления: MAC, SIMPLE, Чорина и др. В методе Чорина на первом этапе решения во втором и третьем уравнениях системы (11) градиенты давления не учитываются. На следующем этапе наоборот учитываются только градиенты давления и динамические уравнения модели могут быть представлены в виде следующего векторного уравнения:

v"+1 - v* 1

--— = --V/>"+,+fA

At p (13)

где v* - вектор промежуточной скорости, рассчитанной на первом этапе решения задачи, 4t дискретный временной шаг модели

Применяя к уравнению (13) операцию градиента и учитывая уравнение неразрывности для несжимаемых газов: V • v"+l = 0, приходим к следующему уравнению для расчета полей давления:

V^'=^.v4V.fA. (14)

Уравнение (14) представляет собой эллиптическое уравнение Пуассона, для решения которого могут быть использованы разнообразные методы, например, классический метод последовательной верхней релаксации. После определения полей давления результирующие поправки к компонентам скорости находятся из уравнения (13).

Для получения дискретною аналога системы уравнений (11) был использован метод контрольного объема. В методе контрольного объема рассматривается баланс потоков втекающих и вытекающих из контрольного

объема, который для каждого из уравнений модели выбирается с центром в том узле, в котором данная переменная определена.

Разработанная модель позволяет рассчитывать площадные распределения автотранспортного загрязнения. Дальнейшая процедура экологического зонирования территории связана с преобразованием полей загрязнения в экологические показатели, для чего нами были использованы доза-эффект матрицы. Однако для экологического районирования необходимы также объективные критерии выделения границ экологических зон. В качестве таких критериев в диссертации предложено использовать особые точки доза-эффект зависимостей.

Во второй главе разработана также математическая модель распространения аварийных облаков токсикантов с учетом природных и техногенных препятствий. Задача моделирования гидродинамики обтекания ветровыми потоками препятствий, которая имеет важное значение для прогнозирования распространения аварийных облаков в районе автомагистралей, не может быть решена в рамках простых полуэмпирических приближений пограничного слоя, так как при обтекании происходят такие сложные гидродинамические процессы, как слияние вязкого и невязкого потоков, образование циркуляций, отрыв потока и пр. Поэтому для моделирования необходимо использовать полную систему уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости. Для турбулентных течений возможно использование усредненных уравнений Рейнольдса. При этом в рамках простейшего приближения Буссинеска уравнения Рейнольдса эквивалентны уравнениям Навье-Стокса, в которых вместо коэффициента вязкости используется коэффициент турбулентной вязкости. Рассмотрим гидродинамическую модель ветровых атмосферных потоков, которая не учитывает влияние силы Кориолиса и возмущения течений, обусловленных термической неоднородностью нижней границы области моделирования. В рамках указанных приближений данная модель принимает вид (15).

В (15) приняты следующие обозначения: х, у, г - пространственные координаты в декартовой прямоугольной системе координат, м; и,у,\у -компоненты скорости ветрового потока, м/с; ц - коэффициент турбулентной вязкости, м2/с; Р - отклонение давления от гидростатического (пульсации давления), Па; р - средняя плотность воздуха для области решения,

, п Л Л й» кг/м ; —+ ~ + — - дивергенция скорости; (3(г) - коэффициент сопротивления пористой среды переменного профиля.

du du du du 1 dP „, .

— + и — + v— + w— =---+ /Д7 lu- P(z)u,

dt dx dy dz р &с

dv dv dv dv 1 dP _2 ч

— + ы — + v—+ w— ----+fN v — P(z)v,

dt dx dy dz p dy

dw dw dw dw 1 dP „2 ns^

— + u — + v—+w— =---+ /Nw, ( '

dt dx dy 8z p dz

dudvdw 1 лп _ дС диС dvC dwC

— + — + — = 0,--= — +-+-+-= BV С

dx dy dz p dt dx dy dz

p dx' dy dz dxdy dxdz dydz dt

Для численного решения систем уравнений несжимаемой жидкости (15) разработан ряд сеточных методов: метод искусственной сжимаемости Чорина, метод SIMPLE, метод MAC и др. Все эти методы используют разнесенную сетку, откуда следует, что главным их эвристическим элементом является применение именно разнесенной сетки, которая центрирует градиенты давления и тем самым стабилизирует вычислительную схему. В диссертации для трехмерного компьютерного моделирования был использован алгоритм MAC, который первоначально был предложен в двухмерном варианте. Этот алгоритм был модернизирован для решения трехмерной задачи. В методе MAC вычислительная схема строится на итерационной процедуре, включающей два этапа. На первом этапе осуществляется решение первых трех уравнений системы (15), а на втором этапе решается уравнение для давления. Уравнение неразрывности используется при выводе уравнения для давления, которое можно получить, продифференцировав первое уравнение по х, второе по у, третье по z и результаты сложив между собой. Уравнение для давления представляет собой уравнение Пуассона, имеющее весьма широкое применение в различных научных областях, для решения которого разработано множество алгоритмов. Большинство этих алгоритмов представляют модификации четырех основных методов: чаежчио неявный итерационный метод последовательной верхней релаксации, частично неявный итерационный метод чередующихся направлений, метод циклической редукции и метод рядов Фурье. Успех применения того или иного метода обусловлен в основном правильной постановкой граничных условий. В диссертации для решения этого уравнения использован метод последовательной верхней релаксации. На нижней гра-

нице и стенках препятствия задается градиент давления, который определяется из уравнений (15), записанных для точек границы. При постановке граничных условий на стенках препятствия необходимо также учитывать, что на ребрах ставятся два различных граничных условия в зависимости от прилегающей области решения. В связи с этим алгоритм должен обеспечивать обновление граничных условий на стенках препятствия при переходе к новому фрагменту области решения.

В третьей главе разработана концепция, архитектура и структура программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе автомагистралей, которая позволяет с использованием удобного интерфейса осуществлять оценку и прогнозирование экологических процессов в придорожных лесах. Аналитический центр (система) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей может использоваться, как составная часть или подсистема экологического мониторинга транспортных потоков. Сформулированы основные функции, выполняемые аналитическим центром (системой) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей: обеспечение измерения показателей вредного воздействия автотранспортных средств в соответствии с действующими государственными стандартами; организация контроля показателей токсичности отработавших газов; систематизация, хранение и обновление информации; оперативная оценка доли автотранспорта в общем объеме загрязнении; прогноз показателей вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду; разработка рекомендаций по снижению загрязнения окружающей среды автотранспортом; предоставление экологической информации потребителям. Прогнозирование показателей вредного воздействия автотранспорта должно проводится на основе комплекса математических моделей, включающего: математические модели расчета выбросов отработавших 1азов автотранспортных потоков; математические модели автотранспортных потоков; математические модели распространения загрязнения от автотранспорта, в том числе и модель МОЛОКО. Разработка рекомендаций по снижению воздействия автотранспорта на окружающую среду должна производится на основе данных, хранящихся в центре обработки информации, с учетом складывающейся экологической обстановки по алгоритмам системы поддержки принятия решений. Математическое обеспечение аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности

в районе крупных автомагистралей должно представлять собой комплекс методов и алгоритмов, обуславливающих решение информационных и диспетчерских задач системы, и должно включать: системное программное обеспечение; прикладное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей должно обеспечивать: выполнение функциональных задач в режиме реального времени; обработку информации, включая реализацию математических моделей; получение информации по каналам связи; контроль выходной информации (с выдачей результатов); контроль за функционированием системы (обеспечение надежности работы системы и сохранение информации при сбоях); установление очередности приема информации, ее обработки и выдачи (диспетчеризацию); ведение графика обновления информации с выдачей протокола; ведение банка данных; ввод информации с технических носителей; работу в диалоговом режиме с мультидоступом; информационно-справочное обслуживание пользователей.

Прикладное программное обеспечение должно обеспечивать работу подсистемы в режиме реального времени, а также должно обеспечивать: выполнение функциональных задач по сбору, обработке и выдаче информации; возможность обмена информацией с системой экологического мониторинга; дублирование информации; автономную работу с выдачей данных на технический носитель. Алгоритмы прикладного программного обеспечения должны строиться по блочно-модульному принципу. Экономические и экологические эффекты функционирования аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей должны выражаться в увеличении предотвращенных экономических и экологических потерь за счет улучшения экологического состояния лесных массивов в районах крупных автомагистралей. Компьютерные модели и алгоритмы аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей разработаны на языке Microsoft Visual С++ и m-языке математического пакета Матлаб.

Главным модулем компьютерной модели является программный модуль численного решения системы дифференциальных уравнений атмосферного переноса выбросов автотранспорта, который включает следующие алгоритмы:

- алгоритм решения конечно-разностного уравнения для вертикальной компоненты скорости;

- алгоритм решения конечно-разностного уравнения для горизонтальной компоненты скорости;

- алгоритм расчета граничных условий;

- алгоритм решения конечно-разностного уравнения для давления;

- алгоритм решения конечно-разностного уравнения для температуры;

- алгоритм решения конечно-разностного уравнения для атмосферной примеси;

- алгоритм расчета критериев сходимости и функционалов модели;

- алгоритм расчета завихренности, функции тока и траекторий газовых частиц.

Вычислительная процедура организована в виде главного итерационного цикла, включающего в свой состав другой итерационный цикл, предназначенный для расчета полей давления. Уравнение для расчета полей температуры решается отдельно после завершения главного итерационного цикла. В качестве критериев сходимости при анализе устойчивости вычислительного процесса были использованы следующие относительные величины:

-Vя ^ (и",?' -и"Л {т"*'-Т"} ( Р"1 Р"^

" I Ъ ) " { "л ) « I Ъ J " I П

(16)

Вычислительная процедура считалась устойчивой при условии выполнения следующего неравенства:

£ = тах(£1,£2,£з,е4,£5)<£0. (п)

где е0 — заданный критерий устойчивости, например: е0 = 0.1.

В главе подробно описано программно-информационное обеспечение компьютерной модели распространения аварийных газовых выбросов. Приведена структура основных баз данных аналитического центра: "Автомагистрали"; "Ингредиенты"; "Коды, предельно допустимые концентрации и классы опасности"; "Климат"; "Роза ветров"; "Ландшафты". На рисунке 2 представлено главное диалоговое окно компьютерной модели. В процессе функционирования модели пользователь имеет возможность оперативного просмотра вертикальных и горизонтальных профилей основных управляющих метеорологических характеристик и параметров. Важное значение для управления экологической обстановкой в районе аварий является воз-

можность анализа полей загрязнения в трех произвольно выбранных сечениях трехмерного ноля загрязнений. Для оперативных оценок используется возможность интерактивного задания расположения сечений.

1 - г^гиъУЯ&ШР*!*'

Ввести карту с писка

Х(рЬ<) 255

ЧЧ

ЧРфтЭ): 5 41-ЛИП/ X . ХУ-сечеиие

*ИИО г.п М/8

Зои/се 1 Тга|е<4егу-1

Рис. 2. Главное диалоговое окно модели распространения аварийных облаков.

В графическом окне представлено распространение аварийного облака через препятствие

В четвертой главе приводятся результаты использования разработанных алгоритмов и программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей для решения практических задач эколого-экономического анализа воздействий выбросов автотранспорта МКАД на придорожные леса. Для проведения практических расчетов система уравнений модели (II) была дополнена граничными и начальными условиями по каждой из переменных модели: и, V, Р, Г и С. В результате моделирования были рассчитаны распределения в вертикальном сечении полей температуры, скоростей потока, давления и выбросов автотранспорта. Результаты расчетов подтвердили принятую гипотезу о циркуляционном характере экологических процессов в районе МКАД. Результат моделирования ветрового поля для случая, когда скорость ветра много меньше скорости восходящих тепловых потоков (термиков), представлена на рисунке 3. Как следует из рисунка 3, ветровое поле над автодорогой имеет структуру, аналогичную той, которая образуется в области фронта лесного пожара. В этой связи обнаруженная нами циркуляционная структура, представленная на рисунке 3, получила название модели "Лесного пожара".

. ■»1,1»»»»»»»» ) )> >, >.,,...,,

»»> > > > > з >

»»»»»

!> у > -»чртУУУУг >

ТчА / \ /

Л

ТГТГ

-гг~

м

12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56

Рис. 3. Результаты моделирования локальных атмосферных циркуляции в районе МКАД

В главе также разработана методика совместного использования в аналитическом центре анализа и прогнозирования экологических процессов на автомагистралях компьютерной модели локальных атмосферных циркуляций и модели интервального анализа доза-эффект зависимостей. В результате использования математической модели интервального анализа доза-эффект зависимостей в районе МКАД была получена следующая матрица интервальных коэффициентов перехода от параметров дозы (автотранспортное загрязнение) к параметрам эффекта (экологическое состояние придорожных лесов);

Г (Л,л)

(У2„,У2С)

(1,129,0.254) (0.211,0) (1.285,1.420) (1.464,0.504) (0.066,0) (0.697,0.739) (1.713,0.508) (0,0.182) (0.911,0.988)

(х ^ А1

(18)

где у1, у2, уЗ - параметры эффекта: жизненное состояние древостоя в баллах, проективное покрытие, биоразнообразие (число видов травяно-кустарничкового яруса), х1, х2, хЗ - параметры дозы: концентрации взвесей, цинка и свинца, полученные в результате снегомерной съемки в районе МКАД (трансекта "Рублево").

Показатели эффекта в формуле (18) представлены симметричными интервальными числами вида К = (а,с), где (а, с) - центр и ширина интервального числа, представляющего параметр эффекта. Элементы матрицы коэффициентов перехода также являются интервальными числами. На рисунке 4 представлен график полосы интервала неопределенности для показателя эффекта жизненное состояние древостоя, рассчитанный по формуле

(18). Как следует из рисунка 4, график интервала неопределенности стабилизируется по мере удаления от автомагистрали, что обусловлено значительной мозаикой полей загрязнения и нолей показателей эффекта вблизи автодороги.

В приложении приведена распечатка основных компонентов программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей.

1. Разработана математическая и компьютерная модели локальных атмосферных циркуляций в районе крупных автомагистралей (МОЛОКО). Модель позволяет прогнозировать распространение выбросов автотранспорта с учетом термической и концентрационной неоднородности воздушных потоков, а также с учетом особенностей атмосферного переноса над и под пологом леса.

2. С помощью экспериментальных данных и компьютерного моделирования показано, что в районе автомагистрали образуется локальная атмосферная циркуляция, которая защищает нижний ярус лесного массива, перекачивая чистые воздушные массы из удаленных частей леса в сторону автодороги.

3. Разработана трехмерная математическая и компьютерная модели распространения аварийных облаков токсикантов с учетом влияния при-

450

У1

Рис.4. График интервала неопределенности для показателя эффекта жизненное состояние древостоя

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

родных и техногенных препятствий, а также особенностей атмосферного переноса над и под пологом леса.

4. Разработана математическая модель многоатрибутно1 о интервального анализа доза-эффект зависимостей, с помощью которой рассчитаны интервальные функциональной связи между показателями дозы и эффекта.

5. Совместное использование компьютерной модели распространения аварийных облаков токсикантов и многоатрибутной модели интервального анализа доза-эффект зависимостей позволило провести экологическое зонирование придорожных лесов в районе МКАД.

6. Выяснена физическая природа локальной атмосферной циркуляции. Исследованная в диссертации локальная атмосферная циркуляция выполняет важную роль в защите природной среды от автотранспортного загрязнения, противодействуя техногенному прессингу со стороны транспортных потоков, что согласуется с принципом Ле Шателье и современной формулировкой второго закона термодинамики, согласно которому: "Система, в которую втекает внешний поток эксергии, удаляется от положения равновесия. При этом результирующая реакция системы заключается в такой ее реорганизации, при которой возникающие в ней диссипативные структуры рассеивают внешние градиенты наиболее эффективным способом и, таким образом, противодействуют причине, вызвавшей смещение системы из положения ее термодинамического равновесия". Очевидно, что в случае транспортных потоков роль возникающих противодействующих структур играют локальные атмосферные циркуляции и конвекции.

7. Предложены практические формулы для расчета относительной и абсолютной величины экологического ущерба природной среде от газовых выбросов автотранспортных потоков и аварийных облаков токсикантов, которые необходимы для анализа экологической безопасности и эколого-экономических оценок в аналитическом центре анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей.

8. Разработана концепция, архитектура и структура программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей.

РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Редикульцева Н.И., Бутусов О.Б., Савельева О.Ю. Экологический мониторинг выбросов автотранспорта в районе крупных автомагистралей И Современные информационные технологии в медицине и экологии -"ИТМЭ" - 2003: Труды всероссийской научной конференции (20-21 ноября 2003г., г. Смоленск). - М.: Физматлит, 2003. - С. 237-238.

2. Редикульцева H.H., Бутусов О.Б., Савельева О.Ю. Интеллектуальная система оценки качества природной среды в районе автомагистралей // Современные информационные технологии в медицине и экологии -"ИТМЭ" - 2003: Труды всероссийской научной конференции (20-21 ноября 2003г., г.Смоленск). - М.: Физматлит, 2003. - С. 238-240.

3. Бутусов О.Б., Редикульцева Н.И. Математическое моделирование загрязнения лесов выбросами автотранспорта с учетом локальных атмосферных циркуляций // Сборник научных трудов МГУИЭ. Вып.2. - М.: МГУИЭ, 2003. - С. 58-70.

4. Бутусов О.Б., Нгуен Тхи Лиен Хыонг, Редикульцева Н.И. Нечетко-кластерный анализ доза-эффект зависимостей лесов в районе Новолипецкою металлургического комбината // Системы компьютерной математики и их приложения: Материалы международной конференции. - Смоленск: СГПУ, 2004. - С.68-70.

5. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Редикульцева Н.И. Математическое моделирование загрязнения лесов в районе Московской кольцевой автодороги II Известия вузов: Химия и химические технологии. - 2004. - т.47. -Вып.8. - С.54-60.

6. Редикульцева Н.И., Тарасов A.A., Мухин A.B. Компьютерное моделирование распространения облаков газовых выбросов при авариях на автотранспорте с учетом влияния локальных атмосферных циркуляций // Сообщения по прикладной математике: Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. - 2005. - Вып. 7(2). - с. 34-39.

Редакционно-издательский отдел ГУЗа Сдано в производство 2 03 2006 Подписано в печать 2 03 06 Формат 60 x 84 1/16 Объем1,Опл Бумага офсетная

_Тир. 100 Заказ _

Участок оперативной полиграфии ГУЗа Москва, ул Казакова, 15

1-4 724

¿mj ;

ш •

Введение.

Глава 1. Современное состояние исследований по математическому и компьютерному моделированию атмосферного переноса выбросов автотранспорта на леса.

1.1. Общая характеристика экологической обстановки в районе крупных автомагистралей.

1.2. Методы многоатрибутного комплексного анализа при математическом моделировании атмосферного переноса выбросов автотранспорта.

1.3. Результаты экспериментальных исследований загрязнения лесов газовыми выбросами автотранспорта в районе МКАД.

1.4. Проблемы математического и компьютерного моделирования атмосферного переноса газовых выбросов автотранспорта в районе крупных автомагистралей.

1.5. Цели и задачи диссертационной работы.

Глава 2. Разработка двухмерной математической и компьютерной модели локальных конвекций (МОЛОКО) и алгоритмов прогнозирования и анализа атмосферного переноса выбросов автотранспорта в районе крупных автомагистралей.

2.1. Разработка двухмерной математической модели газовых течений над термически неоднородной поверхностью.

2.2. Конечно-разностная аппроксимация термогидродинамических уравнений модели с использованием разнесенной расчетной сетки и в приближении Патанкара и Чорина.

2.3. Проблема компьютерного моделирования распространения газовых выбросов при авариях на автотранспорте с учетом природных и техногенных барьеров.

2.4. Математическая модель распространения газовых выбросов и алгоритмы гидродинамического модуля.

2.5. Выводы.

Глава 3. Программно-информационное обеспечение аналитического центра системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе автомагистралей (АСЭБА).

3.1. Концепция, архитектура и функции аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе автомагистралей (АСЭБА).

3.2. Архитектура компьютерной модели локальных атмосферных циркуляций и атмосферного переноса газовых выбросов автотранспорта.

3.3. Программный модуль численного решения дифференциальных уравнений атмосферного переноса газовых выбросов автотранспорта

3.4. Разработка архитектуры аналитического центра управления экологической обстановкой в районе крупных автомагистралей.

3.5. Программно-информационное обеспечение компьютерной модели распространения аварийных газовых выбросов.

Глава 4. Применение разработанного методического и программно-информационного обеспечения для прогнозирования экологических процессов и эколого-экономических оценок в районе МКАД.

4.1. Результаты компьютерного моделирования распространения газовых выбросов автотранспорта на лесные насаждения в районе МКАД.

4.2. Результаты численного моделирования распространения аварийных газовых выбросов при обтекании одного препятствия в районе МКАД.

4.3. Результаты численного моделирования распространения аварийных газовых выбросов при обтекании нескольких препятствий в районе МКАД.

4.4. Моделирование и управление транспортными потоками, как средство регулирования экологической обстановки в районе крупных автомагистралей.

4.5. Совместное использование компьютерной модели локальных атмосферных циркуляций и математической модели доза-эффект зависимостей для анализа и прогнозирования экологической безопасности на автомагистралях.

4.6. Рекомендации по практическому использованию материалов диссертации.

Многочисленные исследования загрязнения воздушного бассейна крупных мегаполисов показывают, что основной вклад в загрязнение их атмосферы вносят транспортные потоки [1]. Для Москвы по оценкам [1] этот вклад составляет свыше 80% общего загрязнения. Автотранспорт расходует в сутки около 20 тысяч тонн горючего и потребляет из атмосферы около 60 тысяч тонн кислорода. При этом в воздух выбрасывается огромный спектр токсикантов, до 500 различных видов. Численные оценки валовых выбросов загрязнения автотранспортом в целом по городу показывают, что ежесуточно автотранспорт Москвы выбрасывает в атмосферу около 4 тысяч тонн угарного газа, 600 тонн окислов азота, 300 тонн окислов серы, 600 тонн парообразного бензина, 20 тонн хлоридов, бромидов, окисей свинца, фосфатов и других поллютантов. Эта краткая характеристика загрязнения атмосферы Москвы транспортными потоками указывает на настоятельную необходимость его учета при осуществлении экологического мониторинга.

Наблюдаемое в настоящее время увеличение концентрации вредных примесей в районе крупных автомагистралей и соответствующее ухудшение экологического состояния лесных насаждений может быть обусловлено следующими двумя причинами. Первая причина связана с резким возрастанием плотности автотранспортных потоков в современных условиях. Вторая причина может быть связана с изреживанием придорожных лесов и вытекающим из этого неблагоприятным развитием локальных атмосферных циркуляций, переносящих атмосферную примесь на лесные массивы. Усиливающиеся процессы заболевания и гибели лесных насаждений приводят к дальнейшим изменениям структуры ветровых потоков в сторону увеличения воздействия выбросов автотранспорта на леса, что по существу представляет собой положительную обратную связь в системе функционирования лесных экосистем под воздействием загрязнений от автотранспорта.

Экологические процессы в районе крупных автомагистралей имеют комплексный характер. Понятие «экологическая безопасность дороги» включает соблюдение санитарных норм загрязнения воздуха, воды, почвы; предупреждение необратимых изменений природных систем; ограничение безопасными пределами технологических воздействий строительства и ремонтов. Главной предпосылкой возрастающего негативного воздействия на окружающую среду является несоответствие параметров существующих дорог требованиям экологической безопасности, неучет изменений состояния среды вследствие дорожного движения, общий рост интенсивности движения и изменение его состава в сторону увеличения большегрузных автомобилей.

В этой связи для эффективного регулирования загрязнения воздушного бассейна и управления экологической обстановкой в районе автомагистралей большую важность приобретает теоретическое и экспериментальное изучение процессов атмосферного переноса загрязнений от автотранспорта на лесные массивы.

Для обеспечения необходимой чистоты воздушного бассейна должно проводиться экологическое нормирование вредных выбросов в атмосферу. В настоящее время основным руководящим документом, по которому осуществляются расчеты и прогнозирование загрязнения, является методика ОНД-86 [2]. Согласно принятым в ней нормативам для регулирования загрязнения атмосферного воздуха устанавливаются, так называемые предельно допустмые выбросы (ПДВ). По определению ПДВ представляет собой количество выбросов в единицу времени (мощность выбросов), при которых в районе жилой застройки или охраняемой природной экосистемы концентрация примеси не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК).

Следует отметить, что в методике ОНД-86 проблеме прогнозирования загрязнения от автотранспорта уделено недостаточное внимание. Это, по всей вероятности, обусловлено малой интенсивностью автотранспортных потоков во время написания документа. Предложенная в ОНД-86 методика расчета атмосферного переноса загрязнений от транспортных потоков описана в разделе 3 под названием: "Расчет загрязнений атмосферы выбросами линейного источника" и изложена на трех страницах текста из общего количества 93-х страниц документа. Главным недостатком, предложенной в ОНД-86 методики расчета, является отсутствие в ней учета локальных атмосферных циркуляций, что, как показано в настоящей диссертации, не позволяет учитывать многие важные процессы воздействия выбросов автотранспорта на природные объекты и жилые районы.

В последнее время в районе Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) было замечено резкое ухудшение состояния лесных массивов. С целью выявления причин усыхания лесов сотрудниками Энерго-экологического факультета Московского государственного института стали и сплавов (научный руководитель профессор, д.Ф.-м.н. Степанов A.M.) были проведены экспериментальные исследования загрязнения снежного покрова и изучено состояние древостоя [3,4] в районе МКАД. Результаты экспериментальных исследований показали, что экологическое состояние нижних ярусов древостоя много лучше по сравнению с состоянием ярусов верхнего уровня. Причина подобного явления возможно обусловлена локальными ветровыми циркуляциями атмосферного воздуха. Более высокая температура асфальтового покрытия автодороги является причиной восходящих потоков воздуха, которые на небольших высотах вовлекаются в ветровые потоки. В образовавшуюся в районе автодороги область пониженного давления устремляются более холодные воздушные массы из глубин древостоя. Таким образом, возникают локальные атмосферные циркуляции, которые очищают воздушную среду на уровне нижних ярусов древостоя и одновременно загрязняют выбросами автотранспорта верхние ярусы. Предлагаемый механизм динамики воздушных потоков во многом аналогичен локальным циркуляциям, возникающим во время лесного пожара. Мощные воздушные потоки поднимаются вверх над зоной активного горения. В то же время горизонтальные низовые течения переносят в направлении лесного пожара свежие массы атмосферного воздуха, насыщенного кислородом, необходимым для поддержания процессов горения. Таким образом, положительная обратная связь, которая создается локальными воздушными конвекциями, поддерживает процессы горения, многократно уменьшая коэффициент затухания лесного пожара.

Описанный механизм положен нами в основу разработанной в диссертации модели. Как отмечено выше, модель локальных циркуляций (конвекций) позволяет учитывать положительные обратные связи в системе атмосферное загрязнение -лес. Это в свою очередь дает возможность использовать методы систем автоматического регулирования (САР) для разработки эффективных программных средств контроля и управления экологической обстановкой в районе крупных автомагистралей. Исследованию данной проблемы посвящена третья глава настоящей диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, в котором приведена распечатка основных программных модулей.

Основные результаты исследований настоящей диссертации опубликованы в работах [105-110].

Заключение

В диссертационной работе получены следующие основные результаты [105

1. Разработана математическая и компьютерная модели локальных атмосферных циркуляций в районе крупных автомагистралей (МОЛОКО). Модель позволяет прогнозировать распространение выбросов автотранспорта с учетом термической и концентрационной неоднородности воздушных потоков, а также с учетом особенностей атмосферного переноса над и под пологом леса.

2. С помощью экспериментальных данных и компьютерного моделирования показано, что в районе автомагистрали образуется локальная атмосферная циркуляция, которая защищает нижний ярус лесного массива, перекачивая чистые воздушные массы из удаленных частей леса в сторону автодороги.

3. Разработана трехмерная математическая и компьютерная модели распространения аварийных облаков токсикантов с учетом влияния природных и техногенных препятствий, а также особенностей атмосферного переноса над и под пологом леса.

4. Разработана математическая модель многоатрибутного нечеткого анализа доза-эффект зависимостей, с помощью которой рассчитаны нечеткие функциональной связи между показателями дозы и эффекта.

5. Совместное использование компьютерной модели распространения аварийных облаков токсикантов и многоатрибутной модели нечеткого анализа доза-эффект зависимостей позволило провести экологическое зонирование придорожных лесов в районе МКАД.

6. Выяснена физическая природа локальной атмосферной циркуляции:

Исследованная в диссертации локальная атмосферная циркуляция выполняет важную роль в защите природной среды от автотранспортного загрязнения, противодействуя техногенному прессингу со стороны транспортных потоков, что согласуется с принципом Ле Шателье [51] и современной формулировкой второго закона термодинамики [52], согласно которому: "Система, в которую втекает внешний поток эксергии, удаляется от положения равновесия. При этом результирующая реакция системы заключается в такой ее реорганизации, при которой возникающие в ней диссипативные структуры рассеивают внешние градиенты наиболее эффективным способом и, таким образом, противодействуют причине, вызвавшей смещение системы из положения ее термодинамического равновесия". Очевидно, что в случае транспортных потоков роль возникающих противодействующих структур играют локальные атмосферные циркуляции и конвекции.

7. Предложены практические формулы для расчета относительной и абсолютной величины экологического ущерба природной среде от газовых выбросов автотранспортных потоков и аварийных облаков токсикантов, которые необходимы для анализа экологической безопасности и эколого-экономических оценок в аналитическом центре анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей (АСЭБА).

8. Разработана концепция, архитектура и структура программно-информационного обеспечения аналитического центра (системы) анализа и прогнозирования экологической безопасности в районе крупных автомагистралей (АСЭБА).

1. Луканин В.Н., Буслаев Н.П, Трофиненко Ю.В., Яшина М.В. Автотранспортные потоки и окружающая среда. - М.: ИНФРА-М, 1998. - 408с.

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

3. Мацкунас А.А., Бутусов О.Б., Степанов A.M., Маслов А.А., Рысин Л.П. Воздействие на лесные экосистемы аэральных выбросов транспорта Московской кольцевой автодороги // Лесоведение. -2002. В печати.

4. Holdgate M.W. Ecology, development and global policy // Journal of applied ecology. -1994. v.31. - N.2. - P.201-211.

5. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1992 году"// Зеленый мир. 1993. - N 19-23.

6. Программа действий. Повестка дня на 21 век и другие документы конференции в Рио-де-Жанейро. Женева: Центр за наше будущее, 1993. - 70 с.

7. Беккер А.А. Оценка атмосферного воздуха Москвы и возможности регулирования его состояния // Экологические исследования в Москве и Московской области. М.: ПИК ВИНИТИ. - 1990. -т.1. с.16-40.

8. Самойлова Т.С. Автомобильные дороги и экология окружающей среды Московской области // Экологические исследования в Москве и Московской области. М.:ИНИОН нН СССР, 1998. С.117-126.

9. Обухов А.И., Плеханова И.О., Кутукова Ю.Д., Афонина Е.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях Москвы // Экологические исследования в Москве и Московской области. М.:ИНИОН нН ССС Р, 1998. С.148-161.

10. Кликов Ф.Я. Климат, погода, экология Москвы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1995. 438 с.

11. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 272с.

12. Берлянд М.Е. Современные проблемы загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.-448с.

13. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей. Под ред. Ф.Т.М.Ньюистадта и Х.Ван Допа. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -352с.

14. Попов И.С., Бодров В.И., Перов В.Л. Основные направления в моделировании загрязнения воздушного бассейна за рубежом // Химическая промышленность за рубежом. -1982. N 4. - с.57-65.

15. Pasquill F. Atmospheric diffusion. The dispersion of windborn material from industrial and other sources. N.Y.: Wiley, 1974. - 429 p.

16. Грачева И.Г. К разработке методики расчета рассеивания примеси в условиях сложного рельефа // Труды Главной геофизической обсерватории. 1979. - Вып.417. - с.36-44.

17. Бутусов О.Б., Степанов A.M., Черненькова Т.В. Оценка химического загрязнения буферных территорий с помощью моделирования и подспутниковых экспериментов// Космический мониторинг биосферы. Вып.1. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -С.93-99.

18. Hunt J.C.R., Mulhearn P.J. Turbulent dispersion from sources near two-dimensional obstacles// Journal of fluid mechenics. 1973. - v.61. - Pt.2. - P.245-274.

19. Карташев Э.М. Аналитические методы в теплопроводности твердых тел. М: Высшая школа, 1979. -416с.

20. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник. Т.2. Под ред. Калверта С. и Инглунда Г. М.: Металлургия, 1988. - 712с.

21. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выборе параметров для атомных электростанций // Серия изданий по безопасности N 50-SG-S3. Вена: МАГАТЭ, 1982. - 184с.

22. Вызова Н.Л. Пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным. М.: Гидронетеоиздат, 1973. - 47с.

23. Вызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. -Л.: Гидронетеоиздат, 1989. 364с.

24. Reid J.D. Markov chain simulations of vertical dispersion in the neutral surface layer for surface and elevated releases // Boundary-Layer Meteorology. 1979. - v.16. -p.3-22.

25. Pear son H.J., Puttoch J.C., Hunt J.C.R. н statistical model of fluid element motion and uertical diffusion in a homogeneous stratified turbulent flow// Journal of fluid Mechenics. 1983. - u.129. p.219-249.

26. Pitts R.O., Lyons T.J. A coupled mesoscale/particle model to an urban area. // Atmospheric Environment, 1992, - V.26B. - p.279-289.

27. Колмогоров A.H. Уравнения турбулентного движения несжимаемой жидкости // Известия АН СССР. Сер. Физическая. 1942. - т. 6. - N 1. - с.56-58.

28. Harlow F.H., Welch J.E. Numerical calculation of time dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface // Physics of fluids. 1965. - v.8. - N 12. -p.2182-2189.

29. Пененко В.В., Апоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. Новосибирск: Наука, 1985. - 158с.

30. Deardorff J.W. Three-dimensional numerical study of turbulence in an entraining mixed layer// Boundary-Layer Meteorology. 1974. - v.7. - p. 199-226.

31. Степанов A.M., Кабиров P.P., Черненькова T.B. и др. Комплексная экологическая оценка техногенного воздействия на экосистемы южной тайги. П.: ЦЭПЛ РнН, 1992. -246с.

32. Турбулентность. Принципы и применения. Под ред. Форста У. и Моулдена Т. М.: Мир, 1988.-536с.

33. Романов В.И. Характеристики струйного выброса в неподвижную атмосферу//Химическая п ромышленность. 1995. - N 18. - с.56-59.

34. T.Henmi, E.R.Reiter, R.Edson. Residence time of atmospheric pollutants and long-range transport. N.V.: EPA (Rep. No. EPA-688/4-78-883), 1978. - 88p.

35. Стыро Б.И., Шопкаускас K.K. К вопросу о механизмах поступления атмосферных примесей на земную поверхность // Физика атмосферы. 1988. - N 6. - с.41-57.

36. Штраус В. Мейнуоринг С.Д. Контроль загрязнения воздушного бассейна // Ред. Пирумов А. И. М.: Стройиздат,1989. - 148 с.

37. Schlling V.K. A parameterization for modelling the meteorological effects of tall forests a case study of a larqe clearinq // Boundaru-lauer meteorology. - 1991. - v.55. -P.283-304.

38. Руднев Н.И. Радиационный и тепловой баланс фитоценозов. М.: Наука,1984. - 112с.

39. Chorin A.J. Numerical solution of the Navier-Stokes equations // Mathimatical computation. -1968. v.22. - p.745-762.

40. Пейре P., Тейлор Т.Д. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. Л.: Гидрометеоиздат,1986. - 352с.

41. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х т.: Т.2. -М.-.Мир, 1991.-552с.

42. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат,1984. - 150с.

43. Шуманн У., Гретцбах Г., Кляйзер Л. Прямые методы численного моделирования турбулентных течений / Методы расчета турбулентных течений. -М.: Мир, 1984.-С.103-226.

44. Андерсен Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. В 2-х т. Т.1.-М.: Мир,1990. 384с.

45. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. - 616с.

46. Harlow F.H., Welch J.E. Numerical calculation of time-dependant viscous incompressible flow of fluid with free surface // The Physics of fluids. 1965. - v.8. - N 12. - p.2182-2189.

47. Miyakoda K. Contribution to the numerical weather prediction // Japanese journal of geophysics. v.3. - 1962. - p.75-190.

48. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.:Наука,1973. - 848с.

49. Грегори К. Использование Visual С++ 5. Специальное издание. Киев: Диалектика, 1997.-816с.

50. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. 4.1. М.:, Наука, 1976.584с.

51. Гаврилов А.А. Моделирование дорожного движения. М.: Транспорт, 1980. -189с.

52. Кременец Ю.А., Печерский М.П. Технические средства регулирования дорожного движения. М.: Транспорт, 1981. - 252с.

53. Брайловский Н.О., Грановский И.Б. Управление движением транспортных средств. М.: Транспорт, 1975. - 112с.

54. Malkina-Pykh I.G., Pykh Yu.A. Simulation of ecological processes usingresponse function method // Ecological modeling. 1998. - v. 108. - p. 199-218.

55. Sanders G.E., Skarby L., Ashmore M.R., Fuhrer J. Establishing critical levels for the effects of air pollution on vegetation // Water, air and soil pollution. 1995. - v.85. -P.189-200.

56. Гаврилов A.C. Математическое моделирование мезометеорологических процессов. Л.:Гидрометеоиздат, 1988. - 96с.

57. Экологический программный комплекс для персональных ЭВМ. Под ред Гаврилова А.С. С.-П.: Гидрометеоиздат, 1992. - 165с.

58. Бутусов О.Б. Упрощенная модель для описания распространения загрязнения в условиях сложного рельефа или городской застройки. // География и природные ресурсы. 1994. - No.4. - с.134-139.

59. Butusov, О.В. Industrial Sources air Polluted Zones in City, Pollution in Large Cities. Padova: PadovaFiere / Proceedings of Symposium, 1995. - p.241-250.

60. Бутусов О.Б., Пикус И.М. Компьютерное и экспериментальное исследование переноса загрязнений в районе МКАД // Математические методы в интеллектуальных информационных системах. Смоленск: Смоленский филиал МЭИ,2002. - с.67.

61. Пикус И.М., Бутусов О.Б. Математическая модель распространения загрязнений от транспортных потоков // Математические методы в технике и технологиях, ММТТ-2002. Тамбов:ТХТУ,2002. - с.

62. Пикус И.М., Бутусов О.Б. Моделирование загрязнений лесов в районе МКАД // Математические методы в технике и технологиях, ММТТ-2002. -Тамбов:ТХТУ,2002. с.

63. Бутусов О.Б., Пикус И.М., Степанов A.M. Моделирование процессов загрязнения лесов в районе МКАД. М.:МИСИС. - В печати.

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

65. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий СН 245-71. М.: Стройиздат, 1972. - 96с.

66. Литвин В.А. Многокритериальная автоматизированная региональная система моделирования эффективных атмосферных стратегий. М.: Гидрометеоизда, 1988. - 184с.

67. Примак А.В., Щербань А.Н., Сорока А.С. Автоматизированные системы защиты воздушного бассейна от загрязнения. Киев: Техника, 1988. - 166с.

68. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник. Т.2. Под ред. Калверта С. и Инглунда Г. М.: Металлургия, 1988. - 712с.

69. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выборе параметров для атомных электростанций // Серия изданий по безопасности N 50-SG-S3. Вена: МАГАТЭ, 1982. - 104с.

70. V.Meshalkin, O.B.Butusov. Computer-aided monitoring system for city air pollution investigations. Pollution in Large Cities, PadovaFiere, Padova, Proceedings of Symposium. 1995. p.283-292.

71. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Пийгянер Л., Сельский Б.Е. Методология эколого-экономической оптимизации химических предприятий и лесных массивов // Химическая промышленность. N 10. - 1995. - с.622-629.

72. Huber А.Н., Snyder W.H. Wind tunnel investigations of the effects of a rectangular building on dispersion of effluents from short adjacent stacks // Atmospheric Environment. 1982. - v.16. - p. 2837-2848.

73. Huber A.H. Wind tunnel and Gaussian plume modelling of building wake dispersion //Atmospheric Environment. -1991. v.25A. - N .7. - p.1237-1249.

74. Pielke R.A. Mesoscale meteorological modeling. N.Y.: Academic Press, 1984. -612p.

75. Hino M. Computer experiment on smoke diffusion over a complicated topography//Atmospheric environment. 1968. - v. 2. - p.541-558.

76. Берлянд M.E., Генихович Е.Л., Грачева И.Г. Основы расчета загрязнения воздуха в условиях пересеченной местности с учетом термической неоднородности //Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова. -1982. вып.450. - с.3-17.

77. Pershin S., Bukharin A., Makarov V., Butusov O. Computer and Lidar aided monitoring of industrial sources aerosol polluted zones in a city. //In: Air pollution and visibility measurements. P.Fabian. Proceedings SPIE, 1995. v.2606. - p.330-340.

78. Harlow F.H., Welch J.E. Numerical calculation of time-dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface //The physics of fluids. v.8. - N 12. - 1966. - p.2182-2189.

79. Butusov O.B., Pershin S.M., Bukharin A.V., Baranov A.A. Turbulent diffusion investigations for accidental plume spreading prediction in a case of city buildings or complex terrain. Препринт ИКИ РАН. ПР-1903. M.: ИКИ PAH, 1994. - 24c.

80. Черненькова T.B., Бутусов О.Б., Сычев В.В. и др. Воздействие металлургических производств на лесные экосистемы Кольского полуострова. -ЦЭПЛ РАН: С.-Пб, 1995. 252с.

81. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Физико-математическая литература, 1994. - 448с.

82. Гоман О.Г., Карплюк В.И., Ништ М.И., Судаков А.Г. Численное моделирование осесимметричных отрывных течений несжимаемой жидкости. М.: Машиностроение, !993. - 288с.

83. Сабетта Ф., Пива Р., Джачинто М.Д. Течения Навье-Стокса с взвешенными частицами: математическое моделирование и численные расчеты // Теоретическая и прикладная механика. М.: Мир, 1979. - с.656-683.

84. Бородулин А.И., Майстренко Г.М., Чалдин Б.М. Статистическое описание распространения аэрозолей в атмосфере. Метод и приложения. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1992. - 124с.

85. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.: Мир, 1990. - 342с.

86. Lungren T.S. Distribution functions in the statistical theory of turbulence // Physics of Fluids. 1967. - v. 10. - N.5. - p.969-975.

87. Плохотников К.Э. Математическое моделирование. Экзистенциальный аспект. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 224с.

88. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики. М.: Финансы и статистика, 1996. - 368с.

89. Сафронов И.Г., Пономарева О.Ю., Бутусов О.Б. Математическая модель динамики лесной экосистемы в пространстве интегральных индексов для моделирования явлений типа петля гистерезиса //Труды МГУИЭ. Т.2. М.:МГУИЭ, 1998.-С.82-93.

90. Бутусов О.Б., Сафронов И.Г. Доза-эффект зависимости суммарного химического загрязнения лесных экосистем в районе порога токсического воздействия //Труды МГУИЭ. М.: МГУИЭ,1999. - с.26-36.

91. Сафронов И.Г., Бутусов О.Б. Обработка нечеткой дистанционной информации для экологического зонирования лесов // Труды МГУИЭ. М.: МГУИЭ,1999. - с.130-150.

92. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Смотрич С.А., Сельский Б.Е., Давыдов Ю.И. Информационная система оценки риска для населения в районе химического производства//Химическая промышленность. -1996. N11.

93. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Пийгянер Л., Сельский Б.Е. Методология эколого-экономической оптимизации химических предприятий и лесных массивов // Химическая промышленность. 1995. - N 10. - с.622-629.

94. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Сельский Б.Е., Кокоссис А.С., Пуиджанер Л. Оценки химического риска на территории НПЗ с учетом влияния на распространение газовых шлейфов конфигурации заводских помещений // Химическая промышленность. 1996. - N9.

95. Бутусов О.Б., Степанов A.M. Анализ экологического состояния лесных экосистем в районах атмосферного химического загрязнения // Лесоведение. N 1. - 2000. - с.32-38.

96. Справочник по прикладной статистике. В 2-х т. / Под ред. Э.Ллойда, У.Ледермана, Ю.Н.Тюрина. М.: Финансы и статистика, 1989.

97. Бутусов О.Б., Редикульцева Н.И. Математическое моделирование загрязнения лесов выбросами автотранспорта с учетом локальных атмосферных циркуляций // Сборник научных трудов МГУИЭ. Вып.2. М.: МГУИЭ,2003. - с.58-70.

98. Бутусов О.Б., Мешалкин В.П., Редикульцева Н.И. Математическое моделирование загрязнения лесов в районе Московской кольцевой автодороги // Известия вузов: Химия и химические технологии. 2004. -т.47. - Вып.8. - с.54-60.