автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Принципы построения информационно-измерительных систем состояния поверхностных, грунтовых и сточных вод автоматизированной системы экологического мониторинга

На правах рукописи

Павловский Василий Алексеевич

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ, ГРУНТОВЫХ И СТОЧНЫХ ВОД АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА (НА ПРИМЕРЕ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность 05.11.16 - "Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических-н£ук

Самара - 2006

Работа выполнена в институте экологии Волжского бассейна Российской академии наук (г.Тольятти Самарской обл.).

Официальные оппоненты:

Засл. деят. науки и техники Российской Федерации д.т.н. профессор Ломтев Евгений Александрович

д.т.н. профессор Орлов Сергей Павлович

Засл. работник Высшей школы Российской Федерации

д.т.н. профессор Прохоров Сергей Антонович

Ведущая организация - Институт водных проблем Российской академии наук (г.Москва).

Защита состоится " 0% " июня 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.217.03 в аудитории № 28 корпуса №6 Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Самарского Государственного Технического Университета (ул. Галактионовская, 141).

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 443100, г.Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет, главный корпус, на имя ученого секретаря диссертационного совета. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан " апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жиров В.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. На сегодняшний день, по данным органов здравоохранения, 30% заболеваний населения Волжского бассейна инициировано загрязнением питьевой воды. Идет рост заболеваемости крови и кроветворных органов, болезней мочеполовой, эндокринной и костно-мышечной систем, нарушений обмена, болезней нервной системы, органов чувств, рост психических расстройств, новообразований, врожденных аномалий и т.д. Все это требует повышенного внимания к вопросам охраны и рационального использования водных ресурсов.

Во всем мире сейчас широко внедряется управление водными ресурсами, их качеством и количеством, но в целом принимаемые меры, особенно контроль качества, до сих пор не обеспечивают желаемой эффективности.

Существо проблемы заключается в том, что качество окружающей среды той или иной территории (региона - республики, области, города, промзоны и т.п.) можно рассматривать как сложный многосвязный объект, состояние которого зависит от многих постоянных и переменных факторов: климата, рельефа местности, гидрометеорологических параметров, источников загрязнений, работы очистных сооружений и др., причем ряд факторов являются управляемыми, а ряд - нет. Строгого математического описания качества окружающей среды территории как объекта управления не существует. Прямое управление сложным нелинейным многосвязным объектом, не имеющим математического описания, невозможно. Для осуществления управления систему необходимо замкнуть обратной связью. Этим целям и должна служить региональная система экологического мониторинга (РСЭМ).

Из теории автоматического управления известно, что качество управления сложным объектом зависит от времени запаздывания измерительных элементов в цепи обратной связи. Чем больше время запаздывания, тем хуже качество управления, вплоть до неустойчивости системы и ее неуправляемости.

Для обеспечения управляемости системы при дискретном управлении, к которому относится управление экологической обстановкой, необходимо, чтобы измерительные звенья системы выдавали информацию в реальном масштабе времени.

Существующие в регионах, и в том числе в Самарской области, информационно-аналитические сети мониторинга загрязнений окружающей среды не обеспечивают получения и выдачи информации в указанном режиме, так как базируются, в основном, на периодическом (сравнительно редком) отборе проб с последующим их анализом в лабораториях; это приводит к запаздыванию в выдаче информации, измеряемом сутками, а иногда и неделями. Полученные результаты в этом случае имеют значимость как приобретенный опыт или информация для разработки каких-либо мероприятий на перспективу. Такая диагностика может квалифицироваться как режимно-прогностическая диагностика, диагностика-постфактум. При ней отсутствует возможность своевременной регистрации аварийной ситуации, что исключает оперативное (активное) прогнозирование последствий аварии.

Для обеспечения измерений в реальном масштабе времени и, соответственно, для обеспечения возможностей более эффективного управления состоянием окружающей среды, необходимо создание и внедрение автоматизированных систем экологического мониторинга (АСЭМ), основанных на использовании современных технических средств получения, передачи и обработки информации.

В автоматизированных СЭМ все большее распространение получают экспресс-методы диагностики качества воды на базе приборов, измеряющих состав и свойства воды в проточном режиме, т.е. без взятия проб. Экспрессный режим позволяет получать результаты измерений параметров воды в момент ее прохождения через точку контроля, а следовательно столь же оперативно прогнозировать последствия и принимать управленческие решения. Подобный режим работы можно квалифицировать как оперативно-режимную диагностику с активным прогнозированием.

Большой вклад в развитие этого направления внесен известными отечественными и зарубежными специалистами Ю.Ю.Лурье, Л.Н.Преснухиным, Э.И.Гитисом, А.П.Курковским,

А.А.Б.Прицкером, Г.Коллинзом, Дж.Блэем, В.Г.Домрачевым, Ю.В.Новиковым, В.М.Шляндиным, Ю.Б.Шаубом, В.С.Ястребовым, Е.Ф.Зиминым и др.

Однако анализ научных и реферативно-информационных публикаций показал, что такие ведущие в водной проблематике научные организации, как Институт водных проблем РАН (г.Москва), Гидрохимический институт Росгидромета (г.Ростов-на-Дону), Государст-

венный гидрологический институт (г.Санкт-Петербург), Российский институт водного хозяйства (г.Екатеринбург) и др., в недостаточной мере занимаются вопросами методологии мониторинга вообще, и автоматизированного мониторинга, в частности.

Поэтому комплексное решение вопросов, связанных с развитием теории автоматизированного мониторинга окружающей среды и методологии проектирования аппаратных средств АСЭМ, позволяющих с единых научных позиций получить обобщенные модели системы экомониторинга в целом и частные математические модели распространения загрязнителей в пределах исследуемой акватории, выяснить закономерности построения и функционирования информационно-аналитической аппаратуры контроля загрязнений водной среды в составе интегрированной информационной системы экомониторинга, обосновать технические возможности и пути реализации ИИС оперативного контроля загрязнения воды и донных осадков, показать их преимущества перед традиционными и на этой основе обеспечить проектирование и практическое использование ИИС оперативного контроля качества поверхностных, грунтовых и сточных вод в составе автоматизированной системы экологического мониторинга региона - представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Цель и задачи работы. Цель работы - разработка методологии автоматизированного мониторинга водной среды региона на примере Самарской области, обобщение и развитие принципов построения ИИС состояния поверхностных, грунтовых и сточных вод автоматизированной системы экомониторинга, развитие основ теории мониторинга распространения загрязнений и осадконакопления в пределах заданной акватории, создание нового класса кондуктометриче-ских ИИС экологического контроля и ИИС контроля самоочищающей способности водоемов, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

• анализ научно-технической проблемы создания автоматизированной системы экомониторинга водных ресурсов региона, предназначенной: для наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод в пределах всей акватории; для контроля качества грунтовых вод, контроля качества воды на водозаборах и

контроля сточных вод в местах их сброса; для контроля трансграничного переноса токсикантов по реке между субъектами федерации; непрерывного контроля, оперативного обнаружения сверхвысоких загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроля развития ситуации; определения интенсивности осадконакопления, контроля способности водоема к самоочищению в режиме реального времени;

• разработка обобщенной модели системы экомониторинга с целью выработки единого системного подхода к анализу и синтезу как различных подсистем АСЭМ, так и процессов преобразования информации;

• разработка принципов построения измерительно-аналитической аппаратуры АСЭМ, обеспечивающих интеграцию входящих в нее элементов и подсистем;

• разработка принципов и методики определения необходимого и достаточного перечня наиболее значимых для региона параметров и загрязнителей водной среды, подлежащих первоочередному автоматизированному контролю;

• разработка принципов и методики определения периодичности измерений и контроля различных параметров экосистем средствами АСЭМ;

• разработка системы критериев и методики выбора методов анализа, которые можно использовать при проведении автоматизированного экомониторинга природных вод конкретного региона;

• разработка теоретических основ эффективного контроля загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроля развития ситуации; определения интенсивности осадконакопления, контроля способности водоема к самоочищению;

• разработка математических моделей кондуктометрических измерительных преобразователей повышенной метрологической надежности;

• разработка системы приоритетов и условий, которые необходимо учитывать при определении количества и территориального размещения элементов информационно-аналитической сети АСЭМ, и метода оптимального их размещения по территории региона;

• систематизация математических моделей и разработка пространственной структуры имитационной модели процесса переноса

загрязняющих веществ по акватории Саратовского водохранилища, схемы функционирования и самой обобщенной модели переноса загрязнителей;

• разработка технических средств оперативного контроля загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов и способности водоема к самоочищению на основе разработанных методов и внедрение их в практику экомониторинга.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы интегрального и дифференциального исчисления и векторного анализа, теория графов, теория матриц, теория электромагнитного поля, методы решения оптимизационных задач.

Достоверность полученных теоретических результатов и выводов подтверждены экспериментальными исследованиями как отдельных узлов, так и ИИС в целом, испытаниями и эксплуатацией разработанных систем.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1) Предложена имитационная модель распространения загрязнителей по акватории Саратовского водохранилища.

2) Разработаны основы теории кондуктометрических измерений при оперативном контроле динамики загрязнений природных вод и накопления донных осадков.

3) Разработан метод определения способности водоема к самоочищению на основе анализа вертикального распределения окислительно-восстановительного потенциала донных осадков.

4) Предложен метод повышения метрологической надежности кондуктометрических измерительных преобразователей, заключающийся в выносе чувствительной зоны за пределы электродной системы. Разработаны математические модели указанных измерительных преобразователей.

5) Разработан комплекс методик, позволяющий определить номенклатуру контролируемых параметров водной среды, периодичность контроля, выбрать методы измерения, рационально размещать ИИС на местности.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

• использование разработанных методик измерений с помощью многоэлектродных распределенных в пространстве кондуктометрических датчиков позволяет оперативно обнаруживать присутствие загрязняющих веществ в воде, прослеживать динамику распростране-

ния загрязнений в водной толще, контролировать динамику осадко-накопления в заданном месте акватории;

• на основе разработанной модели распространения загрязнителей по акватории создано программное обеспечение, позволяющее рассчитывать концентрацию загрязняющего вещества в любой из выделенных ячеек акватории Саратовского водохранилища;

• использование разработанных методик построения АСЭМ позволило определить перечень контролируемых параметров, периодичность контроля, обосновать выбор методов измерений, оптимизировать размещение информационно-аналитических центров и ИИС на местности;

• использование предложенных первичных преобразователей с выносом и фокусировкой чувствительной зоны, инвариантных к загрязнению электродов, позволяет повысить метрологическую надежность автоматических стационарных ИИС контроля параметров водной среды, предназначенных для длительной работы в автономном режиме;

• использование предложенной методики измерений окислительно-восстановительного потенциала в толще донных осадков позволяет определять на месте уровень нарастающего загрязнения водоема;

• на основе полученного критерия оптимизации параметров кондуктометрических измерительных преобразователей разработаны принципы построения измерительных преобразователей с максимальной чувствительностью.

Реализация результатов работы. На основе полученных теоретических результатов разработаны и внедрены в производство, научные исследования и учебный процесс информационно-измерительные системы экологического контроля качества природных вод, в том числе:

• на насосно-фильтровальной станции НФС-2 (Студеный овраг, г.Самара) в опытную эксплуатацию для входного контроля качества воды при ее заборе внедрен многофункциональный измерительный модуль автоматической станции экологического контроля параметров водной среды;

• в составе контрольно-измерительной аппаратуры системы биологической очистки сточных вод АО АВТОВАЗ используется информационно - измерительная система определения способности водоемов к самоочищению;

• в системе контроля качества воды на насосно-фильтровальной станции Похвистневского линейно - производственного управления магистральных газопроводов ООО "Самаратрансгаз" (г.Похвистнево Самарской области) используется многофункциональный измерительный гидрохимический автоматический анализатор;

• в учебном процессе Самарского государственного технического университета использована информационно — измерительная система определения способности водоемов к самоочищению при создании лабораторного стенда по дисциплинам "Информационно-измерительные системы" и "Автоматизация экспериментальных исследований".

На защиту выносятся следующие научные положения.

1. Обобщенная имитационная модель распространения загрязнителей по акватории Саратовского водохранилища.

2. Основы теории и методов оперативного контроля динамики загрязнений природных вод и накопления донных осадков на основе использования многоэлектродных преобразователей кондуктометри-ческих измерений.

3.Теоретические основы и методы определения способности водоемов к самоочищению, основанные на измерении вертикально распределенных окислительно-восстановительных потенциалов донных осадков.

4. Метод повышения метрологической надежности кондукто-метрических преобразователей, основанный на выносе за пределы преобразователя и фокусировке чувствительной зоны.

5. Методики определения состава контролируемых параметров АСЭМ, периодичности контроля, а также выбора методов измерений и рационального размещения постов контроля на местности.

6. Структура и конструкция многофункционального измерительного модуля автоматической донной станции экологического контроля, подсистема АСЭМ определения способности водоема к самоочищению, внедренные в практику экологического мониторинга водной среды Самарской области.

Вклад автора в разработку проблемы. Все научные положения, выводы и рекомендации предложены соискателем. Им же сформулированы основные идеи защищаемых методов и алгоритмов. Программные и аппаратные средства для анализа и реализации полу-

ченных результатов разработаны под руководством и при непосредственном участии соискателя.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 17 научных конференциях и совещаниях, в том числе на Всероссийской конференции "Устойчивое развитие в России. Конструктивные предложения", Тольятти, ИЭВБ РАН, 1995; на 9-ой Всероссийской НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", Москва, МГИЭМ, 1997; на Всероссийской НТК "Новые методы, технические средства и технологии получения измерительной информации", Уфа, УГАТУ, 1997; на Международной НТК "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем", Пенза, ПГТУ, 1998; на Всероссийской НТК "Измерительные преобразователи и информационные технологии", Уфа, УГАТУ, 1999; на Международной НТК "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте", Самара, СамГТУ, 1999 г.

Материалы завершенной диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции "Методы и средства измерений в системах контроля и управления", Пенза, ПГТУ, 1999 г., на 6-ой Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений", Москва, МВТУ, 1999 г.

Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 47 печатных работ, в том числе одна монография.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 378 страницах текста, 70 рисунках, 6 таблицах. Список источников литературы включает 212 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность темы, цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы, показана научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ особенностей системного применения ИИС состояния природных вод в составе автоматизированной

системы экомониторинга (АСЭМ) региона. Показано, что при разработке ИИС необходимо учитывать интересы "большой системы" (АСЭМ); это достигается использованием основных принципов системного подхода. Для согласования критериев эффективности ИИС с критериями "большой системы" и рассмотрения ИИС в многообразии связей с АСЭМ, на основании анализа входных/выходных информационных потоков, функционирующих в этой системе, разработана схема обобщенной АСЭМ в виде стратифицированной трехуровневой структуры (рисунок1):

УСПО: X, ® ТЗС ® НТМ Ху;

УМХО: Ху ® ТЗМ ® НТП ММ; (1)

УПД: ТЗП ® ММ —» МК,

где УСПО - системный уровень сбора и первичной обработки информации;

УМХО - системный уровень моделирования, хранения и обновления;

УПД - системный уровень представления данных;

X] - множество первичных данных (результатов измерений или данных, собираемых с помощью различных технологий - из архивных табличных данных, по фотоснимкам и т.д.);

Ху - множество унифицированных данных, получаемых после сбора и первичной обработки;

® - символ декартового произведения;

ММ - модель местности (цифровая модель местности), хранимая в базе данных АСЭМ;

МК - цифровая модель карты, сгенерированная для визуального представления на дисплее или для печати.

ТЗС - техническое задание на сбор информации;

ТЗМ - техническое задание на хранение, обновление и моделирование;

ТЗП - техническое задание на представление данных после окончательной обработки;

НТМ и НТП - нормативные требования к данным при моделировании и представлении информации соответственно; они являются аналогами промежуточных восходящих информационных потоков.

СЭМ: X -> У X = (Х,®ТЗс®ТЗм®ТЗп) У = (ХУ®ММ®МК)

Рисунок 1. - Структура обобщенной АСЭМ

Показано, что комплексная автоматизированная обработка информации в АСЭМ не имеет прямых аналогов с технологиями обработки информации в других автоматизированных системах, но в то же время на разных этапах преобразования информации (УСПО, УМХО, УПД) сочетает в себе "обкатанные" элементы технологий различных известных автоматизированных информационных систем - ИИС, АСНИ и ГИС, и поэтому АСЭМ должна разрабатываться и внедряться как единая интегрированная информационная система, объединяющая в своем составе указанные технологии.

Проведен анализ специфических особенностей происхождения поверхностных, подземных и сточных вод. Показано, что наиболее обоснованным при делении водных ресурсов региона на подсистемы является подход, основанный на принципе их происхождения:

• акваториально-бассейновый принцип происхождения - поверхностные воды;

• территориально-бассейновый принцип - подземные воды;

• промышленно-селитебный принцип - сточные воды.

Показано, что АСЭМ водных ресурсов как сложная автоматизированная информационная система, предназначенная для получения исчерпывающей оперативной информации о водной среде региона, должна представлять собой единство трех различных подсистем, объединенных единой методологией проектирования, единым пространством характеристик, конструкций и операций применения, единым информационным пространством, - подсистем мониторинга поверхностных, подземных и сточных вод.

Систематизированы существующие способы реализации технических средств экологического мониторинга водной среды. Показано, что почти весь круг измерительных задач, стоящих при организации экологического мониторинга водных ресурсов региона, может быть решен использованием ограниченного числа типов измерительных систем и комплексов, а именно:

• мобильных контрольно-измерительных лабораторий;

• стационарных береговых ИИС контроля водной среды;

• многоканальных ИИС с распределенными в пространстве датчиками на базе донных станций;

• гидрохимических зондирующих комплексов.

Однако такие важнейшие в системе экомониторинга водных ресурсов проблемы, как

• непрерывный контроль, оперативное обнаружение сверхвысоких загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроль развития ситуации;

• определение интенсивности осадконакопления, а также контроль способности водоема к самоочищению -

до настоящего времени не проработаны и не имеют соответствующего технического обеспечения.

Выявлены недостатки общепринятого, несистемного, подхода к проектированию ИИС экологического контроля, имеющего, по существу, экспериментальную основу. Доказано, что гораздо более эффективным и оправданным при разработке АСЭМ является подход к проектированию технических средств экомониторинга, основанный на их общих структурных свойствах и решаемых задачах. Предложен путь разработки ИИС, который базируется на проектировании отношений между элементами системы автоматизации, а не на основе проектирования собственно элементов системы.

Сформулированы общие требования, которые накладывает автоматизированная система экологического мониторинга к подсистеме и аппаратуре измерения параметров водной среды.

Во второй главе с единых позиций проведен анализ объекта исследований - водных ресурсов Самарской области. Показано, что основными загрязняющими веществами, характерными для бассейна р.Волги в пределах Самарской области, на протяжении ряда лет являются легкоокисляемые органические вещества по БПК5, фенолы, нефтепродукты, железо общее, соединения меди и марганца. В целом по участкам Куйбышевского и Саратовского водохранилищ, находя-

щимся в пределах Самарской области, начиная с 1994 года прослеживается устойчивая тенденция уменьшения уровня загрязненности воды по гидрохимическим показателям.

Однако при общей тенденции к снижению, концентрации загрязняющих веществ все еще превышают предельно допустимые нормы. Вода бассейна реки Волги характеризуется как "умеренно загрязненная" III класса качества.

Так же, как и в водохранилищах, качество воды малых рек Самарской области на протяжении последних 3-5 лет в целом имеет тенденцию к улучшению. Но при имеющем место повсеместном среднегодовом улучшении качества природных вод водохранилищ и малых рек, общее количество аварийных ситуаций на водных объектах, когда концентрация приоритетных загрязняющих веществ (в случае их выявления на пике ситуации) превышают нормы ПДК в десятки и сотни раз, не поддается прогнозу и остается высоким.

Анализ объекта исследований позволил сформулировать основные принципы, которыми необходимо руководствоваться для составления необходимого и достаточного перечня наиболее значимых для данного региона параметров и загрязнителей водной среды, подлежащих первоочередному контролю.

На основании указанных принципов разработан необходимый и достаточный перечень контролируемых параметров для оценки состояния водных ресурсов Самарской области средствами АСЭМ: температура воды, рН, ЕЬ, удельная электропроводность (УЭП), растворенный кислород, ионы нитритов, ионы нитратов, ионы аммония, ионы сульфатов, хлориды, фенолы, СПАВ, перманганатная окисляе-мость, БПК5, взвешенные вещества, цветность, жесткость, нефтепродукты, фосфор, железо, натрий, магний, марганец, цинк, медь, кадмий, ртуть, свинец, никель, кобальт, хром (шестивалентный).

Разработан перечень контролируемых параметров для оперативного автоматизированного контроля в АСЭМ. Это температура воды, рН, ЕЬ, УЭП, растворенный кислород, азот аммонийный и нитратный, медь, хлориды, хлорофилл-А, уже имеющие реальную реализацию в автоматических приборах. Разработан самый узкий перечень интегральных показателей: температура воды, рН, ЕЬ, УЭП, содержание растворенного кислорода.

Анализ накопленной информации, оценка организационной структуры наблюдений за состоянием водной экосистемы и учет имеющих место тенденций изменения экологической обстановки по-

зволили сделать вывод о необходимости совершенствования системы мониторинга каскада волжских водохранилищ и их притоков в рамках единой системы экологического мониторинга Самарской области.

Показано, в составе системы мониторинга водных ресурсов должны быть предусмотрены, выделены и практически реализованы подсистемы мониторинга гидрометеорологических факторов, химического, микробиологического, гидробиологического, ихтиологического мониторингов. Разработана базовая программа сопряженного экологического мониторинга водной среды Самарской области.

На основании анализа целей мониторинга, а также с точки зрения скоростей протекания природных процессов, наблюдаемых в водоемах, - физических, химических и биологических - разработаны принципы определения периодичности измерений и контроля различных параметров экосистем средствами АСЭМ.

Разработана классификация аналитических методов определения экотоксикантов в воде. На основании разработанной системы критериев показано, что из всего спектра методов анализа, которые можно использовать при проведении автоматизированного экомони-торинга природных вод, наиболее универсальными являются электроаналитические методы (кондуктометрия, потенциометрия, вольт-амперометрия). Среди аналитических методов детального анализа проб воды наиболее распространенными и поддающимися автоматизации являются хроматографический и спектроскопический.

В третьей главе показано, что одним из наиболее эффективных путей решения задачи оперативного обнаружения залповых аварийных или несанкционированных выбросов, непрерывного контроля распространения загрязнений в воде и динамики донных отложений являются кондуктометрические измерения с использованием распределенных в пространстве датчиков удельного сопротивления, которые дают информацию о нем не в "точке", а в любом заданном и достаточно большом объеме воды с соответствующим усреднением. Такие измерения могут осуществляться с использованием многоэлектродных устройств, в которых цепи возбуждения электромагнитного поля отделены от измерительных цепей.

Решена задача распространения в полупроводящей среде электромагнитного поля, создаваемого достаточно широко разнесенными возбуждающими электродами а и в многоэлектродного кабельного датчика, лежащего на дне водоема. Это позволило получить выраже-

ние для разности потенциалов У = ии-ик двух измерительных электродов м и N, расположенных симметрично между возбуждающими, при пренебрежении токами смещения в воде и земле:

р2Р,__I

-2,,,11

где я- глубина водного слоя, разносы AM = MN = NB = 1, удельное сопротивление воды, р3 - удельное сопротивление донного грунта,

Pj=(x*-ia>H,lP)y\ j = 2,3, Яея;>0; (3)

ft/^-ft/Л (4)

PJPi+PilP,

Ч—ГГ*Чг; (5)

» _ ia>M«[]/Ps-]/P>)

{Рг+PiY

Расчеты по формуле (2) для различных значений варьируемых параметров /,/,/,я,р, и позволяют выбирать оптимальные с точки зрения пороговой чувствительности измерительной аппаратуры значения частоты /, амплитуды питающего тока / и разноса электродов I при заданных глубине водоема н и удельных сопротивлениях воды р2 и грунта р 3.

Показано, что задачи контроля процессов стратификации чистых и загрязненных вод могут быть решены применением нескольких многоэлектродных кондуктометрических измерительных систем.

Пусть измерительная система содержит вертикально расположенный датчик D,с возбуждающим электродом л, расположенным посередине, и двумя парами приемных электродов m,n, и m2n2 на концах, с которых снимаются информационные сигналы у, и У2; на расстоянии L от него расположим идентичный ему датчик £>, с вторым возбуждающим электродом в и двумя парами приемных электродов m3nj и MtN,, с которых снимаются напряжения У, и V,. Тогда соотношения, по которым можно рассчитать кажущееся (или эффективное) удельное сопротивление (/ = 1,2,3,4) в зоне действия каждой пары приемных электродов, будут:

Р"=А|'7/ = "27Г " (б)

112ян

= "втТ—^» (?)

ркА=Ш1, к, = .

По (6) и (7) можно определить силу возбуждающего тока /, которая обеспечит получение требуемой величины измеряемого сигнала у,. Функциональная схема устройства приведена на рисунке 2.

Горизонтальный разнос Л вертикальных датчиков дает возможность находить горизонтальную производную ф/а-, которая характеризует динамику смешения чистых и загрязненных вод в каждом из слоев. Аналогично можно проводить измерения вертикальной производной др!дг для зоны действия датчиков О,И £>,.

Показано, что если каждый из вертикальных датчиков о будет содержать оба возбуждающих электрода л и в и л пар приемных электродов, то можно осуществлять оперативный контроль п отдельных слоев водной массы. В этом случае каждый из параметров рк! находится по общей формуле

а. = ку.п,

но каждый коэффициент должен быть найден отдельно.

м.

Рисунок 2. - Типовая функциональная схема измерительной системы с распределенными кондуктометрическими датчиками

Предлагаемыми методами можно определять не только величину градиента электропроводности в зоне смешения чистых и загрязненных вод, но и его направление. Для этого можно использовать систему двух крестообразно расположенных электродных систем с двумя парами приемных электродов - м^, и - на одном и М3М, и - на другом, и с возбуждающим электродом а в месте пересечения.

В этом случае имеем

Арх = р1-р2 = (к/1)(У1-У2),

откуда можно получить модуль и азимут полного вектора: |ДрМ| = ^Ар;+Ар1 , а^(0 = ага^Ару/Ар,). При наблюдениях за количеством и составом сточных вод, приносимых, например, в водохранилище боковым притоком, необходимо знать удельное сопротивление водного потока Ар (г) и его глубину днЬ). Показано, что трехэлектродная установка аш , расположенная на дне водоема на глубине н, может быть использована для одновременного решения этих задач.

Для этого, пользуясь методом зеркальных отображений, найдем в низкочастотном приближении потенциалы в точках м и N:

и _1

" 4Я-1/

и -1£-(± +_

А' 4Л21 гл/^Тя5" Из этих выражений видно, что измеряемый полезный сигнал V, равный

4*1.2/ 7/3+4//2 ~ г-1 г-+ н-зависит как от удельного сопротивления воды р, так и от глубины водоема н. Если наблюдаемые небольшие вариации дV можно считать в первом приближении равными

дУ дУ

где производные 8У!др и дУ!зн являются константами для данных условий измерений и представляются в виде

то проведя измерения сигналов ау при двух различных разносах /, и Л, получим из (8) с учетом (9) и (10)

А У, = а[Ар + Ь{&Н, А К = агАр + Ь2АН,

т.е. два линейных уравнения, которые легко решаются относительно двух неизвестных Др и ди.

Если предусмотреть дополнительные измерения вариаций температуры дг(/), то с учетом др(<) могут быть найдены вариации общего солесодержания или минерализации, а измерения вариаций скорости водного потока позволят находить и вариации общего водного стока, например, из боковых притоков в реку Волгу.

Показано, что задача регистрации уровня донных осадков в точке, т.е. на небольшой площади, может быть решена использованием вертикального пятиэлектродного датчика типа лмоыв.

В качестве полезных сигналов используются напряжения

Ц ;д(1 1-0

) 4 я\21 61 - 2г 21 )'

4Лз1 + 51-21 I )' где кп = (р, -р1)/[р2 + р,)- коэффициент отражения на границе раздела воды и осадков.

Рассмотрим относительный измеряемый параметр

А = 2{У,-У1)/{У1+У2) = АУ/У. Если ввести в него безразмерную (относительную) координату = /, то после преобразований можно получить, что

З-С 7-2£ 5-2$)/ КЗ 3 7-2£ 5-2£У Показано, что схему дифференциальной измерительной системы, которая может быть реализована с использованием четырех небольших вертикальных датчиков, можно использовать для регистрации вариации уровня осадков "на площади".

Показано, что прогноз возможности самоочищения и способности водоема к самоочищению может быть дан при изучении явлений постепенного изменения свойств верхнего слоя донных осадков, что можно контролировать изменением величины окиелнтельно-восстановитель-ного потенциала по вертикали. Для характеристики,

1 и" и" 4*1/+ 7/-2* 3/ и" и» 4лЛ2/ + 6/-2г 21

описания и количественной оценки способности водоема к самоочищению предложено использовать соотношение

которое характеризует способность веществ к окислению за счет присутствующего и поступающего кислорода и к их поглощению за счет буферной емкости. Это выражение показывает также соотношение толщины слоя окисленных осадков и осадков с микроаэрофиль-ными условиями (с ей больше нуля), которая определяется диффузией кислорода в условиях биотурбационного перемешивания осадка, к теоретической глубине биотурбации (ь/н).

Поэтому способность к самоочищению можно выражать в долях от теоретически максимально возможной величины в наиболее благоприятных условиях

к,„ = (еи > 0),„ • и• н, где величина кп- коэффициента способности водоема к самоочищению - может быть любой в интервале от 0 до 1. Доказано, что если £/;„„обычно составляет +650 мВ, а теоретическая глубина активной биотурбации - 10 см, то для расчета коэффициента способности к самоочищению можно использовать формулу

к„, =(е/1>- 0)ср ■ Л/6500.

Структурная схема ИИС определения способности водоема к самоочищению приведена на рисунке 3.

В четвертой главе доказывается необходимость принятия специальных мер для повышения метрологической надежности первичных измерительных преобразователей ИИС для экологических исследований.

Показано, что для кондуктометрических преобразователей одним из путей решения указанной проблемы является способ, заключающийся в выносе чувствительной зоны за пределы электродной системы. При этом устраняется влияние загрязнений электродов на работу преобразователя при длительной его эксплуатации в природных условиях. Для этих целей в структуру первичного преобразователя предложено ввести один или несколько дополнительных электродов, на которые подаются напряжения, когерентные рабочему, но отличающиеся по абсолютной величине. Введение дополнительного электрода (электродов) позволяет изменить форму линий тока в среде таким образом, что они будут сгущаться в некоторой области, находящейся за пределами первичного преобразователя (ПП). Так как ос-

новное сопротивление жидкости, несущее информацию о ее удельной электрической проводимости, сосредоточено в области сгущения линий тока, то получается, что чувствительная область преобразователя находится за его пределами и не зависит от геометрических размеров межэлектродной области.

Погружаемая часть (зонд)

Рисунок 3. - Структурная схема ИИС определения способности водоема к самоочищению

Для анализа работы ПП с вынесенной чувствительной зоной и связи эксплуатационных характеристик ПП (удаления чувствительной зоны от корпуса ПП и ее размеров) с величинами, поддающимися регулированию (значения питающего и управляющего напряжений, расположение, количество, форма и размеры электродов и межэлектродной области) разработаны два типа моделей, показавшие принципиальную возможность создания кондуктометрических ПП, инвариантных к загрязнениям электродной системы.

При построении математической модели ПП в качестве объекта анализа была взята траектория движения иона, проходящая наиболее близко к поверхности электрода (рисунок 4).

Первая модель построена на рассмотрении соотношения сил, действующих на частицу. Было найдено условие попадания крайней траектории в чувствительную зону:

л-н-г . fr2+(fi,-f,)2-f1 1,-н + г —-< агсэт———-—-< аг~'--' 1 1 '

Заряды й,0 и 0на электродах, через которые выражаются силы, входящие в неравенство (11), связаны со значениями рабочих и управляющих напряжений с помощью матричных уравнений

0„ =А.£Л +£„{/, +/?„£/, 2 = ви *-> о, = /г2|и, + раиг + Аз^з (12)

= А, У. + +

Определив из (12) значения зарядов 0,0 и £?, и подставив их в (11), получим связь между регулируемыми параметрами ПП и требуемыми удалением и размерами чувствительной зоны.

Рисунок 4. - Траектория движения заряженной частицы первичного преобразователя с выносом чувствительной зоны

Показано, что при анализе работы ПП можно использовать и эмпирические данные с последующим построением функциональных зависимостей на их основе. В этом случае межэлектродную область предложено рассматривать как двумерное многообразие, построенное на основе двух карт - к' и к2.

При этом для попадания движущейся частицы в чувствительную область необходимо выполнение соотношения

Л - г л + /■ ,, _.

агс'£ 1-1 ~ агс'3 ¿_/ ' ' ' которое проще чем (11) и может быть определено точнее, т.к. коэффициент к может быть определен опытным путем с требуемой точностью при подаче на электроды известных значений напряжений.

Связь между картами определяется тензором Л] из соотношения

= ><>,

где

Коэффициенты тензора о,у можно определить как из опыта, так и теоретически.

Последний подход к математическому описанию работы ПП позволяет проводить моделирование структуры ПП на ЭВМ, т.к. в этом случае структуру датчика отражает тензор связи, коэффициенты которого несут информацию о размерах и расположении электродов, а также о расстоянии между ними.

Одним из условий обеспечения высокой эффективности работы ИИС контроля сточных вод являются максимальные чувствительность и коэффициент преобразования датчиков электрического поля в проводящей среде. При такой постановке проблемы неизбежно приходится сталкиваться с вопросами оптимизации конструкции датчика.

Для выработки общего критерия оптимизации датчиков электромагнитного поля построены электрические схемы замещения используемых в кондуктометрических ИИС локальных и интегральных датчиков.

Показано, что интегральные датчики представляются, по существу, теми же активными двухполюсниками, что и локальные, а поэтому имеют общие критерии оптимизации с точки зрения максимума мощности на согласованной нагрузке, максимума коэффициента преобразования и максимума соотношения сигнал/шум:

р = /я* -» тах ,

где эквивалентная длина измерительной базы датчика, /?„- активная составляющая выходного (внутреннего) сопротивления датчика, определяемого его конструкцией и параметрами окружающей среды.

Показано, что шумовые характеристики кондуктометрического измерительного канала в значительной степени определяются шумами электродной системы. Выявлены и проанализированы основные причины возникновения и характер собственных шумов: теплового, дробового, дрейфового и избыточного.

Выработаны практические рекомендации по подбору материалов электродов и их обработке, призванные снизить шумы электродов.

Приведены данные лабораторных и натурных исследований опытных образцов разработанных ИИС.

В конце 4 главы показано внедрение вышеописанных разработок в производство, которые успешно функционируют на протяжении нескольких лет:

■ на насосно-фильтровальной станции НФС-2 Муниципального предприятия "САМАРАВОДОКАНАЛ" (Студеный овраг, г. Самара) в опытную эксплуатацию для входного контроля качества воды при ее заборе внедрен многофункциональный измерительный модуль автоматической донной станции экологического контроля параметров водной среды;

Измерительные каналы многофункционального модуля позволяют вести непрерывный контроль забираемой воды по таким важнейшим показателям, как удельная электрическая проводимость, водородный показатель, окислительно-восстановительный потенциал, концентрация растворенного кислорода и температура.

Основные метрологические характеристики модуля:

1. Диапозоны измеряемых параметров:

- температура — 1.. .30° С;

- удельная электрическая проводимость - 100... 1000 мкСм/см;

- водородный показатель —1... 12 ед.;

- окислительно - восстановительный потенциал — 500... 1800 мВ;

- содержание растворенного кислорода - 0... 14.

2. Погрешности измерений:

- температуры - не превышает 0,1 °С;

- удельной электрической проводимости, водородного показателя и окислительно - восстановительного потенциала - не превышает 5%;

- содержания растворенного кислорода - 15%.

Длительный опыт эксплуатации модуля в производственных условиях показал высокие общую и метрологическую надежность измерительных каналов, что является прямым результатом научных исследований и разработок.

Высокая надежность работы ИИС, обусловленная использованием как конструктивных, так и алгоритмических методов, базирующихся на широком использовании встроенных микропроцессо-

ров, дала возможность улучшить условия работы обслуживающего персонала.

Полная автоматизация измерений позволила значительно повысить эффективность контроля качества воды на насосно-фильтровальной станции НФС-2 за счет повышения оперативности, сокращения времени обработки информации и повышения достоверности получаемых данных.

■ ИИС определения способности водоемов к самоочищению используется в составе контрольно-измерительной аппаратуры системы биологической очистки сточных вод АО АВТОВАЗ (г.Тольятти, Самарской области). Система позволяет осуществить оперативный автоматизированный контроль питьевых и сточных вод по основным показателям - электропроводности, параметру рН, содержанию растворенного кислорода, азоту нитратному, фосфатам, сульфитам.

■ В системе контроля сточных вод на очистных сооружениях Похвистневского линейно - производственного управления магистральных газопроводов ООО "Самаратрансгаз" (г. Похвистнево, Самарской области) внедрен многофункциональный измерительный гидрохимический автоматический анализатор;

Он измеряет: 1. Удельную электропроводность воды в "точке";

2. Удельную электропроводность воды в "объеме";

3. Параметр рН;

4. Параметр ЕЬ;

5. Концентрацию растворенного кислорода;

6. Температуру.

■ В учебном процессе Самарского государственного технического университета использована информационно-измерительная система определения способности водоемов к самоочищению при создании лабораторного стенда по дисциплинам "Информационно- измерительные системы" и "Автоматизация экспериментальных исследований".

Переданная кафедре информационно-измерительная система (ИИС) позволила представить в курсе лабораторных работ современный уровень разработок ИИС для экологических исследований, принципы их построения и конструирования, алгоритмы преобразования информации, методы обеспечения высоких метрологических характеристик, позволила расширить тематику курсового и дипломного проектирования.

В пятой главе проанализированы цели и задачи различных элементов иерархической структуры АСЭМ региона.

Показано, что системотехнически и аппаратно-технологически современная система экологического мониторинга является многоуровневой иерархической системой, которая, учитывая масштабы и инфраструктуру Самарской области, должна иметь, как минимум, три уровня иерархии. Верхним ее уровнем является региональный (областной) информационно-аналитический центр (РИАЦ), находящийся в г.Самаре.

На среднем уровне АСЭМ расположены информационно-аналитические центры, собирающие и обрабатывающие информацию об экологическом состоянии территории конкретного промышленного или сельского района, города, зоны. Такие центры должны быть созданы во всех городах Самарской области. Информация сюда поступает непосредственно от стационарных постов и передвижных лабораторий, контролирующих состояние атмосферы и водной среды в районе наблюдения. На нижнем уровне АСЭМ находятся стационарные измерительные посты, мобильные контрольно-измерительные комплексы и аналитические лаборатории различных ведомств и предприятий.

Сформированы цели и задачи элементов АСЭМ различного уровня иерархии. Показано, что при автоматизации информационного обеспечения всех функциональных подсистем, входящих в АСЭМ, необходима организация "прозрачного" доступа пользователей ко всей информации, независимо от источников ее возникновения. Такой доступ может быть обеспечен созданием и поддержкой в активном состоянии единой базы метаданных (справочных данных обо всей информации о состоянии окружающей среды в регионе) и распределенной по всем источникам информации базы данных о состоянии окружающей среды в регионе. Обработка информации может осуществляться в вычислительной сети.

Показано, что при определении количества и территориального размещения информационно-аналитических центров должны быть учтены такие районированные факторы, как

• интенсивность антропогенной и техногенной нагрузки на локальные зоны по концентрации водопользователей;

• интенсивность (объем) водопотребления;

• обеспеченность водными ресурсами;

• интенсивность водоотведения (сброса сточных вод);

• интенсивность сельскохозяйственной нагрузки;

• дислокация точек возникновения аварийных ситуаций;

• территориальная близость (совмещенность) водных комплексов;

• современное качество вод с зонами стабильной ненормативности состава и качества по водным комплексам;

• специфические нагрузки на локальные зоны водных комплексов явлениями подтопления и общего загрязнения (по водосбору, областям питания и др.);

• степень защищенности подземных вод;

• эффективность очистки сточных вод и обеспеченность мощностями очистных сооружений;

• состав ненормативных показателей качества вод и размеры ненормативности;

• изученность локальных зон по аспектам качества вод;

• другие аспекты загрязнения территорий (нефтезагрязнения и т.п., трубопроводы и т.п.).

Кроме того, необходимо учитывать факторы организационного и материально-технического характера.

На основании установленных приоритетов и экорайонирован-ных факторов разработана топологическая схема размещения информационно-аналитических центров и пунктов контроля по территории Самарской области.

Однако полученный выбор местонахождения зональных информационно-аналитических центров зависит от географического расположения стационарных пунктов автоматизированного контроля и определяется инфраструктурой области, и, в частности, местоположением крупных городов. Такое расположение зональных информационно - аналитических центров оправдано на первом этапе развертывания АСЭМ, т.к. использует уже сложившуюся систему эко-мониторинга. Однако современные средства телекоммуникаций усиливают тенденцию размещения зональных информационно — аналитических центров не там, где удобно, а там, где это необходимо. Критерием такого расположения этих центров может выступать время доставки проб воды с места контроля до кустового центра, обслуживающего данную зону области.

С учетом этого обстоятельства разработана методика оптимального (с точки зрения минимального времени доставки проб воды со

стационарных измерительных пунктов определенной зоны) размещения зональных информационно - аналитических центров на местности.

В процессе топологической оптимизации АСЭМ были решены следующие задачи:

• синтезирована топология сети связи АСЭМ;

• выбрана модель трассировки линий коммуникации;

• размещены объекты системы в пространстве по критерию минимума стоимости коммуникационной сети.

Показано, что для обеспечения связи между объектами системы достаточно задать конфигурацию межобъектных соединений в виде дерева, поэтому модель сети связи типовой СЭМ была представлена в виде древовидной иерархической системы, нулевой уровень которой образуют неподвижные объекты системы (стационарные измерительные пункты), а остальные К уровней иерархии составляют объекты, положение которых можно изменять (в данном случае это зональные информационно - аналитические центры).

Показано также, что сеть связи АСЭМ можно описать матрицами: и, £,5,

где и0 =[#!,]- матрица координат неперемещаемых объектов системы; здесь = [*<,,„ т. ] - координаты объекта с номером /0в системе координат пространства расположения объектов;

£/ = [(?„ ]- матрица координат перемещаемых объектов системы; здесь 0„г=[*г,г.у„,]- координаты объекта г-го уровня (г = ц?) с номером (;, = 1 ,м,);

е = |ег/ ]- матрица связанности; здесь егк (г = Т7л"/Г„ = I, М,) - количество объектов г-1-го уровня, связанных с объектом г-го уровня. Указанные объекты г-1-го уровня имеют номера, принадлежащие следующему индексному множеству:

/(г-1,;,) = {л' + 1,А' + 2.....К + ен }, К= (14)

5 = матрица удельных стоимостей линий коммуникации; здесь 8„г- стоимость единицы длины линий комуникации (ед/м), исходящей от /г-го объекта /--го уровня (/г = |,мг,г = бГл)- Нулевую строку этой матрицы можно задавать отдельно матрицей

Матрица £ описывает топологию сети связи АСЭМ, матрицы (У„и и задают план размещения объектов системы в пространстве расположения. Матрица 5дает стоимостную характеристику сети коммуникации.

В символьном виде задача синтеза топологической схемы АСЭМ записана так:

ттОш(£,и) (15)

е е £>,- (16)

иеОи, (17)

здесь стоимость сети коммуникации как функция от топологии сети связи системы и плана размещения ее объектов;

£>£- множество возможных топологий сети связи АСЭМ, обусловленное реальными возможностями зональных информационно -аналитических центров, а также пропускными способностями линий коммуникации;

£>(, - область метрического пространства, доступная для размещения объектов системы (пространство расположения объектов).

Решение задачи (15)-(17) заключается в выполнении следующих этапов:

1. Определение начальной топологии АСЭМ.

2. Оптимальное размещение объектов АСЭМ в пространстве расположения.

3. Коррекция топологии сети связи АСЭМ с возвратом на этап

2.

Для определения начальной топологии необходимо построить кратчайшее дерево на множестве узлов, предварительно расположив все объекты системы оптимальным образом относительно связанных с ними неперемещаемых объектов (зональные информационно - аналитические центры относительно стационарных измерительных пунктов).

Для построения кратчайшего дерева можно воспользоваться алгоритмом Прима.

Задача оптимального размещения непосредственно вытекает из общей задачи синтеза топологической схемы (15)-(17) при условии, что матрицы е и 5 известны, и сформулирована следующим образом.

Найти такой план размещения объектов системы и = [£/,.,_ ],г = О] /, = I,мг, для которого обобщенная стоимость сети коммуникации

fiL.«/) = E J- zf Z ^Jl^-^l + s,!Ou,-f?,,

достигает минимального значения и выполняются ограничения на размещение объектов:

v„(ürl_) s о, V(r = 1.Я ,/р = 1, мг), э, = IТр. (19)

Задача (18), (19) является задачей нелинейного программирования с ограничениями, образующими невыпуклую область допустимых решений. Функция Q„m(u) является многоэкстремальной. Кроме того, решение задачи зависит от вида используемой метрики.

Предложенный метод решения задачи (18)-(19) заключается в поиске безусловного оптимального плана с/4", минимизирующего показатель (18) для выбранной метрики при снятых пространственных ограничениях (19) и коррекции этого решения специальными методами на область допустимых решений (19).

Суть метода оптимального размещения заключается в сведении многопараметрической функции сети коммуникации (18) к однопа-раметрической ((?».,), которая для каждого значения Ок , имеет минимально возможное значение стоимости сети коммуникации. Этот переход производится последовательно за я шагов в предположении, что на каждом r-м шаге (г = Т7я) все фрагменты имеют минимальную стоимость для данного положения вершины фрагмента. Оптимальные координаты объектов системы определяют после минимизации функции QZk(üK,,).

По приведенной методике определено пространственное размещения зональных информационно - аналитических центров на местности.

В шестой главе произведена систематизация моделей распространения загрязнений в воде.

Показано, что применение аналитических моделей дает приемлемые результаты для водоемов со сравнительно простыми гидрологическими условиями (каналы, малые реки и др.), которые легко могут быть описаны аналитически. Но у математических моделей, представленных в виде дифференциальных или разностных уравнений, нет существенного свойства, присущего живым системам - изменчивости. Большую гибкость и свободу в способах описания природных зависимостей ценой отказа от общности и теоретической

разработанности математических моделей в виде дифференциальных уравнений дает путь имитационного моделирования. Сформулированы подлежащие решению гидробиологические задачи. Определены специфические особенности исследуемого объекта - участка Саратовского водохранилища от плотины АО Волжская ГЭС до границы Самарской области, которые заключаются в зарегулировании стока и сложном гидрологическом режиме (высокие скорости течения в при-плотинной зоне, интенсивное перемешивание, явления залпового воздействия) наряду с крупномасштабным антропогенным загрязнением. Проведенный анализ позволил сделать вывод о необходимости разработки для каждого загрязнителя своей, особенной, модели его распространения по акватории.

Определены границы моделируемого объекта и установлены внешние связи природной системы.

Выделены управляемые и неуправляемые входы. Разработана пространственная структура имитационной модели. В связи с этим введено понятие ячейки как объема воды, в котором распределение всех характеристик экосистемы полагается равномерным и может быть заменено средними величинами.

Преимущества такой модели заключаются в том, что разбиение акватории водного объекта на ячейки может вестись с различной степенью детализации, учитывающей специфические гидрологические особенности отдельных ячеек. Возможности этой модели могут быть расширены аналитическим моделированием в пределах отдельной ячейки физических, химических и биологических процессов загрязнения и самоочищения вод.

Показано, что наиболее эффективно описание пространственной структуры водной экологической системы осуществляется ориентированным графом г[ф, 41), где ф - множество всех ячеек экосистемы, - отношение соседства ячеек.

Разработана карта г(ф5, заданная матрицей смежности графа г для указанного участка водохранилища. Проведена имитация стоковых течений. Разработаны алгоритм и программа имитации переноса взвесей, растворенного вещества и планктона дрейфовыми и градиентными течениями.

Представлены результаты работы модели.

В заключении приведены научные и практические результаты работы.

1. Сравнительный анализ современных средств сбора и обработки информации об экологическом состоянии поверхностных, грунтовых и сточных вод показал, что такие важнейшие в системе экомониторинга водных ресурсов проблемы, как

• непрерывный контроль, оперативное обнаружение сверхвысоких загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроль развития ситуации;

• определение интенсивности осадконакопления, а также контроль способности водоема к самоочищению -

до настоящего времени не проработаны и не имеют соответствующего технического обеспечения.

Для оперативного обнаружения сверхвысоких загрязнений водной среды и определения интенсивности осадконакопления предложено выполнять относительные и дифференциальные измерения электропроводности воды с использованием распределенных датчиков удельного сопротивления, дающих информацию о д¿>(/) не в "точке", а в любом заданном и достаточно большом объеме воды с соответствующим усреднением. Такие измерения могут осуществляться с помощью многоэлектродных устройств, в которых цепи возбуждения электромагнитного поля отделены от измерительных цепей.

Для определения способности водоема к самоочищению предложено контролировать вертикальное изменение величины окислительно-восстановительного потенциала верхнего слоя донных осадков,

2. Проведенный теоретический анализ позволил доказать, что использование измерительных систем с распределенными в пространстве датчиками удельного сопротивления позволяет эффективно контролировать динамику факела сточных вод, вертикальную и горизонтальную стратификацию загрязнений, проводить векторные измерения в зоне загрязнений, контролировать общий сток загрязненных вод, контролировать уровни донных осадков "в точке" и "на площади."

Для повышения метрологической надежности датчиков удельного сопротивления предложен способ устранения влияния загрязнения электродов на работу кондуктометрического преобразователя, заключающийся в выносе чувствительной зоны за пределы электродной системы.

Для анализа работы первичного преобразователя с вынесенной чувствительной зоной и связи его эксплуатационных характеристик с величинами, поддающимися регулированию, сформулированы принципы создания математических моделей первичного преобразователя и разработаны два типа моделей, показавшие возможность создания кондуктометрических первичных преобразователей, инвариантных к загрязнениям электродной системы.

Для повышения чувствительности и коэффициента преобразования кондуктометрических датчиков были проанализированы вопросы оптимизации их конструкции.

Экспериментальные исследования разработанных устройств и систем подтвердили правильность основных теоретических положений.

3. Проведенный анализ состояния поверхностных, грунтовых и сточных вод Самарской области позволил сформулировать основные принципы, которыми необходимо руководствоваться для составления необходимого и достаточного перечня наиболее значимых для данного региона параметров и загрязнителей водной среды, подлежащих первоочередному контролю.

На основании этих принципов разработан необходимый и достаточный перечень контролируемых параметров для оценки состояния водных ресурсов Самарской области средствами АСЭМ: температура воды, рН, ЕЬ, удельная электропроводность (УЭП), растворенный кислород, ионы нитритов, ионы нитратов, ионы аммония, ионы сульфатов, хлориды, фенолы, СПАВ, перманганатная окисляе-мость, БПК5, взвешенные вещества, цветность, жесткость, нефтепродукты, фосфор, железо, натрий, магний, марганец, цинк, медь, кадмий, ртуть, свинец, никель, кобальт, хром (шестивалентный).

Разработан перечень контролируемых параметров для оперативного автоматизированного контроля в АСЭМ.

4. Анализ накопленной информации, оценка организационной структуры наблюдений за состоянием водной экосистемы и учет имеющих место тенденций изменения экологической обстановки позволили сделать вывод о необходимости совершенствования системы мониторинга каскада волжских водохранилищ и их притоков в рамках единой системы экологического мониторинга Самарской области. Показано, что мониторинг водных ресурсов региона должен являться сопряженным, т.е. включать в себя систематические измерения и наблюдения всех сфер водной среды, от которых зависит ка-

; 34

! чество воды в водоеме: физико-химических, гидрологических, а так> же биологических показателей. С этой точки зрения в составе систе-: мы мониторинга водных ресурсов должны быть предусмотрены, вы, делены и практически реализованы подсистемы мониторинга гидро; метеорологических факторов, химического, микробиологического, ! гидробиологического, ихтиологического мониторингов.

5. На основании анализа целей мониторинга, а также с точки зрения скоростей протекания природных процессов, наблюдаемых в водоемах, - физических, химических и биологических - разработаны ; принципы определения периодичности измерений и контроля раз; личных параметров экосистем средствами АСЭМ. ; 6. На основании разработанной системы критериев было пока-

! зано, что из всего спектра методов анализа, которые можно исполь-

■ зовать при проведении автоматизированного экомониторинга при! родных вод, наиболее универсальными являются электроаналитиче-; ские методы (потенциометрия, кондуктометрия, вольтамперометрия).

■ Среди аналитических методов детального анализа проб воды наибо-: лее распространенными и поддающимися автоматизации являются : хроматографический и спектроскопический.

7. Сформулированы группы приоритетов и факторов, которые необходимо учитывать при определении количества и территориального размещения информационно-аналитических центров региональ-! ной АСЭМ. Руководствуясь принципом достаточного охвата локальных зон при минимуме стационарных измерительных пунктов, показано, что пункты измерения параметров поверхностных вод должны быть привязаны к хозяйственно-питьевым водозаборам, сточных вод - к выпускам сточных вод, подземных вод - к подземным водозаборам. Предложена оптимальная пространственная сеть постов АСЭМ по подсистемам поверхностных, подземных и сточных вод.

Показано, что расположение зональных информационно - аналитических центров в крупных городах оправдано на первом этапе развертывания АСЭМ, так как использует элементы уже сложившейся системы экомониторинга. Однако современные средства телекоммуникаций усиливают тенденцию размещения зональных информа-, ционно - аналитических центров не там, где удобно, а там, где это необходимо. Критерием такого расположения этих центров выступает время доставки проб воды с места контроля до кустового центра, обслуживающего данную зону области. Предложена методика оптимального (с точки зрения минимума времени доставки проб воды с

стационарных измерительных пунктов определенной зоны) размещения зональных информационно - аналитических центров на местности, основанная на технологиях автоматизированных систем научных исследований.

8. Проанализированы специфические особенности участка Саратовского водохранилища, находящегося в пределах Самарской области, как объекта для имитационного моделирования процессов переноса загрязняющих веществ. Обоснован вывод о необходимости разработки для каждого из возможных загрязнителей своей, особенной, модели его распространения по акватории водохранилища.

Разработана пространственная структура имитационной модели в виде ориентированного графа Г(Ф,Ч/), где Ф - множество всех ячеек экосистемы, - отношение соседства ячеек. Разработаны схема функционирования модели, основанная на независимом протекании процессов преобразования во всех ячейках, и обобщенная имитационная модель, позволяющая проследить процессы переноса загрязняющих веществ в акватории Саратовского водохранилища.

Основные публикации по теме диссертации

1. Павловский В.А., Бодриков М.Г., Ковалев О.Г., Родионов И.О., Розенберг Г.С. Решение проблемы экологической безопасности и устойчивого развития Самарской области // Устойчивое развитие в России. Конструктивные предложения. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 1995. - С. 44-63.

2. Павловский В.А., Березин В.А., Карасев В.П., Цыкало В.А. Региональная автоматизированная система экологического мониторинга И Устойчивое развитие в России. Конструктивные предложения. -Тольятти: ИЭВБ РАН, 1995. - С. 64-67.

3. Павловский В.А. Инфологическая модель автоматизированной системы экологического мониторинга региона // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1995.- С.71-79.

4. Павловский В.А. Информационно-измерительная система для мониторинга химического загрязнения поверхностных вод региона // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1995. - С.36-70.

5. Павловский В.А., Бодриков М.Г., Емельянов В.К., Матвеев H.H., Розенберг Г.С. Концептуальные и практические подходы к решению проблемы экологической безопасности и устойчивого развития Самарской области // Экологическая безопасность и устойчивое развитие Самарской области. - Самара, 1996.- С. 29-46.

6. Павловский В.А., Ланге П.К. Интеграция технологий автоматизированных информационных систем при построении автоматизированной системы экомониторинга // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. - Пенза, 1996. - С.31-43.

7. Павловский В.А., Розенберг Г.С. Оценка качества биоиндикаторов И Экологическое состояние реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (биологическая индикация). - Тольятти: ИЭВБ РАН, 1996.-С. 317-324.

8. Павловский В.А. Системотехническое проектирование и программное обеспечение измерительных систем в экологии // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. - Пенза, 1996.- С.44-59.

9. Павловский В.А., Мельников Е.В. Способы реализации технических средств экологического мониторинга водной среды // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. - Пенза, 1996.- С.60-81.

10. Павловский В.А., Зинченко Т.Д. Современное состояние экосистем // Экологическое состояние реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (биологическая индикация). - Тольятти: ИЭВБ РАН, 1996.-С. 311-313.

11. Павловский В.А. Пространственно-временные масштабы экологических явлений и процессов // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1997. - С.3-7.

12. Павловский В.А., Ланге П.К. Принципы построения мобильных лабораторий экологического контроля // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1997. - С.8-15.

13. Павловский В.А., Мельников Е.В. Методы и средства экспресс-анализа загрязнений водной среды // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1997. - С.16-25.

14. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Перспективы использования кондуктометрических методов в системах экспресс-анализа загрязне-

ний водной среды // Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". -Вып.5. - Самара, 1997. - С.31-39.

15. Павловский В.А. Кондуктометрический контроль динамики загрязнений природных вод // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. - Пенза, 1997. - С.40-55.

16. Павловский В.А., Мельников Е.В. Оптимизация кондуктомет-рических измерительных преобразователей ИИС экспресс-анализа загрязнений водной среды // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. - Вып.6. - Пенза, 1997. - С.56-64.

17. Павловский В.А. Принципы разработки топологии территориального размещения элементов региональной АСЭМ // Деп. в ВИНИТИ 16.04.97 №129-В76.

18. Павловский В.А., Мельников Е.В. Топологическая оптимизация автоматизированной системы экомониторинга региона // Деп. в ВИНИТИ 27.07.97 №424-В76.

19. Павловский В.А. Проблемы создания человеко-машинных систем принятия решений в эколого-экономических системах // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1998.-С.3-7.

20. Павловский В.А. Система сопряженного экологического мониторинга водной среды // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. - Самара, 1998. - С.8-15.

21. Павловский В.А. Автоматизированная система экологического мониторинга Самарской области // Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". -Вып.5. - Самара, 1998. - С.170-172.

22. Павловский В.А., Цыкало В.А. Автоматизированная система контроля параметров питьевой воды в комплексах городского водоснабжения. Сборник трудов Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем. - Пенза, 1998.- С.315-316.

23. Павловский В.А. Разработка концепции мониторинга загрязнений вод открытых внутренних водоемов // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. - Пенза, 1998. - С.24-29.

24. Павловский В.А. Принципы построения технических средств автоматизированной системы экологического мониторинга водной среды региона. Тематический сборник научных трудов Поволжского

регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.9. Самара, 1999. - С. 25-31.Вып.5. Самара, 1998. -С. 170-172.

25. Павловский В.А. Обобщенная имитационная модель процессов переноса загрязняющих веществ в акватории Саратовского водохранилища. Труды Поволжского регионального научно- технического центра Метрологической академии РФ. Вып.6. " Самара, 1998. - С. 21-37.

26. Павловский В.А. Методы моделирования и прогнозирования загрязнений природных вод. Труды Поволжского регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.6. Самара, 1998. - С. 3-20.

27. Павловский В.А., Цыкало В.В. Региональная геоинформационная система мониторинга окружающей среды (программная оболочка) Сборник трудов Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем. Пенза, 1998. - С. 316-317.

28. Павловский В.А., Петровский A.B., Татаренко Е.И. Разработка и исследование кондуктометрических измерительных преобразователей с выносом и фокусировкой чувствительной зоны // Деп. в ВИНИТИ 17.03.99 №835-В99.

29. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Разработка концепции ИИС мониторинга загрязнений вод открытых внутренних водоемов И Деп. в ВИНИТИ 17.03.99 №836-В99.

30. Павловский В.А., Татаренко Е.И.. Измерительная система для определения способности водоемов к самоочищению // Биология беспозвоночных: Сб. научн. трудов. - Самара: СГУ, 1999. - С.41-46.

31. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Информационная сеть мониторинга загрязнений поверхностных вод Н Информатика. Радиотехника. Связь: Сборник трудов ученых Поволжья. - Самара: АТИ, 1999. - С66-68.

32. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Математическое моделирование кондуктометрических измерительных преобразователей с выносом и фокусировкой чувствительной зоны // Сборник трудов Международной научно-технической конференции Методы и средства измерений в системах контроля и управления. - Пенза, 1999. - С.93-102.

33. Павловский В.А., Татаренко Е.И.. Разработка аналитических моделей измерительных преобразователей электропроводности с выносом чувствительной зоны. Сборник трудов Всероссийской научно

- технической конференции "Измерительные преобразователи и информационные технологии". - Уфа, 1999. - С. 184-189.

34. Павловский В.А. Методологические основы моделирования распространения загрязняющих веществ в водных объектах. Сборник трудов Всероссийской научно - технической конференции "Измерительные преобразователи и информационные технологии".- Уфа, 1999. - С.176-179.

35. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Способы повышения метрологической надежности информационно-измерительных систем экологического мониторинга. Сборник трудов Всероссийской научно — технической конференции "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте". - Самара, 1999. - С.131-139.

36. Павловский В.А. Системные требования к ИИС контроля параметров водной среды. Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно — технического центра Метрологической академии РФ. Вып.9. Самара, 1999. - С. 21-30.

37. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Исследование первичных измерительных преобразователей удельной электрической проводимости воды повышенной метрологической надежности. Сборник трудов 6-й Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений". Москва, 1999. - С. 87-93.

38. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Разработка топологии территориального размещения региональной АСЭМ. Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.9. Самара, 1999. - С. 1-14.

39. Павловский В.А. Методология топологической оптимизации АСЭМ. Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.9. Самара, 1999,- С. 15-30.

40. Павловский В.А. Системы экологического мониторинга водных ресурсов. Монография. Самара, Изд-во Парус. 2000. - 224 с.

41. Павловский В.А., Россеев Н.И., Медведев С.Д. Математические модели измерительных преобразователей электропроводности для локальной системы контроля загрязнений сточных вод на территории промышленного предприятия. Сборник "Современные информационно- управляющие системы газотранспортного предприятия". Вып. 2. Самара, 2000. - С.74-82.

42. Павловский В.А. Принципы построения обобщенной региональной системы экологического мониторинга водной среды. Вестник

Самарского государственного технического университета. Серия "Технические науки". №24. Самара, 2004. - С. 59-63.

43. Pavlovsky V.A. Mathematical models that used in investigation of water environment pollution. Bulletin of the Samara State University (Samara, Russia) and the Robert Gordon University (Aberdeen, United Kingdom). Special Issues. Technical Sciences Section. №2. 2004. pp 96103.

44. Павловский В.А. Информационно — измерительная система оперативного контроля параметров водной среды. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия "Физико- математические науки" №32. Самара, 2005. - С. 68-72.

45. Павловский В.А. Информационно — измерительная система пространственного контроля загрязнения водной среды. Известия Самарского научного центра Российской Академии наук. Том 7. Самара, 2005. -С. 115-119.

46. Павловский В.А. Моделирование процесса распространения загрязнений водной среды. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия "Физико- математические науки" №34. Самара, 2005. - С. 178-181.

47. Павловский В.А. Информационно — измерительная кондукто-метрическая система для контроля суммарного загрязнения проточных водных масс. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия "Технические науки". №33. Самара, 2005. - С. 255-257.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д.212.217.03 Самарского государственного технического университета (протокол №1 от 6 февраля 2006 г.)

Заказ №1026 Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии СамГТУ 443100 г.Самара ул.Молодогвардейская, 244

Введение.

Принципы построения обобщенной региональной сис

1. темы экомониторинга

1.1 .Структура обобщенной системы экомониторинга.

1.2. Интеграция технологий автоматизированных информа- 29 ционных систем при построении АСЭМ

1.3. Системные требования к ИИС контроля параметров 38 водной среды. Поверхностные, грунтовые и сточные воды как объект исследований

1.4. Анализ существующих способов реализации техниче- 50 ских средств экологического мониторинга водной среды

Выводы.

2. Анализ объекта исследований

2.1. Водные ресурсы Самарской области

2.2. Влияние антропогенной нагрузки на качество водных ресурсов и тенденция ее развития

2.2.1. Характеристика поверхностных вод

2.2.2. Характеристика подземных вод

2.3. Базовая программа сопряженного экологического мо- 100 ниторинга водной среды Самарской области

2.4. Показатели качества природных вод и их количествен- 106 ная оценка

2.5. Периодичность измерений параметров водной среды

2.6. Анализ методов определения показателей качества и 124 химического состава природных вод

Выводы.

3. ИИС оперативного контроля параметров водной среды

3.1. Контроль динамики факела сточных вод.

3.2 Контроль вертикальной стратификации загрязнений

3.3. Векторные измерения в зоне загрязнений

3.4. Контроль за общим стоком загрязненных вод

3.5. Контроль уровня донных осадков "в точке"

3.6. Контроль вариаций уровня осадков "на площади"

3.7. Определение способности водоема к самоочищению 169 Выводы.

4. Повышение эффективности работы ИИС оперативного контроля параметров водной среды

4.1. Улучшение метрологических характеристик ИИС контроля параметров водной среды

4.2. Оптимизация датчиков электрического поля

4.3. Экспериментальное подтверждение результатов исследований ИИС контроля параметров водной среды

4.3.1. Многофункциональный измерительный модуль автоматической донной станции экологического контроля параметров водной среды

4.3.2. ИИС определения способности водоема к самоочищению

Выводы.

5. Концепция построения автоматизированной системы экомониторинга поверхностных, подземных и сточных вод региона

5.1 Характеристика целей и задач различных элементов иерархической структуры АСЭМ

5.2 Разработка топологии территориального размещения региональной АСЭМ

5.3. Методология топологической оптимизации АСЭМ

Выводы

6. Математическое моделирование водной системы региона

6.1. Методы моделирования и прогнозирования загрязнений природных вод

6.2. Разработка обобщенной имитационной модели процесса переноса загрязняющих веществ в акватории Саратовского водохранилища

Выводы

Переход России на модель устойчивого развития является основным направлением государственной стратегии действий Российской Федерации в области охраны окружающей среды с учетом рекомендаций ООН (Рио-де-Жанейро).

В состав целевых параметров устойчивого развития, включающих в себя социальную, экономическую и экологическую компоненты, должны быть включены макропоказатели, характеризующие состояние природной среды и ее изменения под влиянием антропогенных факторов. В связи с этим одним из важнейших направлений достижения сбалансированного развития является получение объективной информации о состоянии окружающей среды.

Одной из основных проблем России, препятствующих планомерному и скоординированному сбору и оценке экологической информации, является ее ведомственная разобщенность, разнородность, аппаратно-программная несовместимость различных систем сбора и наблюдения за состоянием окружающей природной среды.

Для интеграции существующих в России служб наблюдения за состоянием окружающей среды (включая службы наблюдения Роскомги-дромета, Роскомвода, Роскомзема, Роскомнедра, ряда других министерств и ведомств, а также их методологического, метрологического и информационного сопряжения, Правительством России в 1993 году принято Постановление "О создании Единой государственной системы экологического мониторинга России".

Цель создания ЕГСЭМ - информационное обеспечение управления в области охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, обеспечения экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов.

ЕГСЭМ представляет собой организационно и технически оформленную государственную информационную макросистему наблюдений, оценки состояния окружающей природной среды и прогнозирования ее изменений под влиянием антропогенных и природных факторов.

ЕГСЭМ функционирует на двух основных уровнях: федеральном и субъектов Российской Федерации; организационно и функционально она строится по сотовому принципу, который обеспечивает самостоятельность действий отдельных структурных элементов макросистемы и позволяет объединить все эти элементы в единую макросистему.

Понимая важность решения экологических проблем, администрация Самарской области и Государственный комитет по охране окружающей среды Самарской области поставили задачу создания региональной автоматизированной системы экологического мониторинга (РСЭМ), базирующейся на наземных средствах получения экологической информации, которая позволила бы оперативно получать данные о состоянии атмосферы, воды и почвы, совместно их обрабатывать, осуществлять прогнозирование возникновения и развития экологических ситуаций, а также формировать рекомендации по управлению экологической обстановкой.

Региональная СЭМ должна тесно взаимодействовать с ЕГСЭМ РФ, являясь элементом структуры последней.

Для решения поставленной задачи была разработана концепция, согласно которой региональная СЭМ должна состоять из подсистем сбора информации о состоянии атмосферы (выбросы и фоновые загрязнения), состояния воды в реках и водоемах (сбросы и фоновые загрязнения), состояния почв, медицинского мониторинга, а также подсистем хранения, анализа и представления экологической информации.

Основными задачами, решаемыми РСЭМ, являются:

• регулярное и оперативное получение информации о состоянии окружающей среды с помощью автоматизированных систем (стационарных и мобильных);

• оперативный анализ получаемых данных для своевременного обнаружения неблагополучных и аварийных ситуаций;

• систематизация, хранение и обновление информации для прогнозирования экологической обстановки и выработки рекомендаций для принятия эффективных управленческих решений;

• представление экологической информации.

Таким образом, концептуальные основы РСЭМ в настоящее время уже достаточно проработаны, и основная сложность сегодня заключается не в их формулировании, а в конкретной реализации.

Актуальность темы. В составе системы экологического мониторинга региона, осуществляющей мониторинг всех сред обитания живых организмов, естественно выделить, и выделяют подсистемы сбора информации о состоянии атмосферы, состоянии воды в реках и водоемах, состоянии почв, медицинский мониторинг и т.д.

Отличительная особенность нашей планеты - вода. Семьдесят процентов земной поверхности занято водой. Жизнь на нашей планете зародилась в воде, не случайно поэтому кровь животных и человека близка по составу к морской воде. Воду пьют, и она участвует на клеточном уровне любого организма в тончайших процессах жизни. Жизнь без нее на Земле невозможна. Но 97% всех земных вод - соленые, и только 3 процента земной воды - пресная вода, причем две трети ее заморожено в Арктике и Антарктике. Таким образом, пресной воды на все нужды человечества остается только один процент. Долгое время этой воды хватало. Но растущее человеческое хозяйство Земли требует воды все больше и больше. Львиную долю ее потребляют аграрное хозяйство, промышленность, коммунальные нужды. Хуже всего то, что после использования человек возвращает в природу загрязненную воду. Она еще годится на технологические процессы, но жизнь в ней бедна или вовсе отсутствует, а для питья текущие воды даже при очень дорогой и громоздкой очистке во многих местах уже не пригодны. И уже сегодня пресной воды начинает катастрофически не хватать.

Восемьдесят стран мира уже испытывают острый недостаток воды. Десять миллионов людей на земле ежегодно умирают от загрязненной воды. К пятидесятому году грядущего тысячелетия треть человечества будет испытывать жажду еще более нестерпимую, чем голод. Прогнозируют войны из-за воды.

Проблема недостатка чистой воды уже в полной мере захватывает и Поволжье. К сожалению, ни одна область и республика Поволжья не обеспечивается в течение года питьевой водой, качество которой отвечало бы по физико-химическим и микробиологическим показателям требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая".

На сегодняшний день, по данным органов здравоохранения, 30% заболеваний населения Волжского бассейна инициировано загрязнением питьевой воды [1]. Идет рост заболеваемости крови и кроветворных органов, болезней мочеполовой, эндокринной и костно-мышечной систем, нарушений обмена, болезней нервной системы, органов чувств, рост психических расстройств, новообразований, врожденных аномалий и т.д. Все это требует повышенного внимания к вопросам охраны и рационального использования водных ресурсов.

Во всем мире сейчас широко внедряется управление водными ресурсами, их количеством и качеством, но в целом принимаемые меры, особенно контроль качества, до сих пор не обеспечивают желаемой эффективности.

Сама по себе система экологического мониторинга, решающая в первую очередь задачи наблюдения, анализа и прогноза состояния природной среды, не может улучшить экологическую обстановку. Пути такого улучшения известны: переход предприятий на экологически безопасные и безотходные технологии, сокращение объемов выбросов в атмосферу и сбросов в водные объекты, уменьшение токсичности выхлопных газов автомобильного транспорта и др. Претворение в жизнь этих и им подобных мероприятий требует значительных финансовых затрат, согласованных действий местных властей, ведомств, предприятий. Основой таких действий должны быть обоснованные управленческие решения руководителей различного уровня.

Качество окружающей среды той или иной территории (региона -республики, области, города, промзоны и т.п.) можно рассматривать как сложный многосвязный объект, состояние которого зависит от многих стационарных и переменных факторов: климата, рельефа местности, гидрометеорологических параметров, источников загрязнений, работы очистных сооружений и др., причем ряд факторов являются управляемыми, а ряд - нет. Строгого математического описания качества окружающей среды территории как объекта управления не существует. Прямое управление сложным нелинейным многосвязным объектом, не имеющим математического описания, невозможно. Для осуществления управления систему необходимо замкнуть обратной связью. Этим целям и должна служить региональная система экологического мониторинга РСЭМ.

Из теории автоматического управления известно, что качество управления сложным объектом зависит от времени запаздывания измерительных элементов в цепи обратной связи. Чем больше время запаздывания, тем хуже качество управления, вплоть до неустойчивости системы и ее неуправляемости.

Для обеспечения управляемости системы при дискретном управлении, к которому относится управление экологической обстановкой, необходимо, чтобы измерительные звенья системы выдавали информацию в реальном масштабе времени.

Существующие в регионах, и в том числе в Самарской области, информационно-аналитические сети мониторинга загрязнений окружающей среды не обеспечивают получения и выдачи информации в указанном режиме, так как базируются, в основном, на периодическом (сравнительно редком) отборе проб с последующим их анализом в лабораториях; это приводит к запаздыванию в выдаче информации, измеряемом сутками, а иногда и неделями. Полученные результаты в этом случае имеют значимость как приобретенный опыт или информация для разработки каких-либо мероприятий на перспективу. Такая диагностика может квалифицироваться как режимно-прогностическая диагностика, диагностика-постфактум. При ней отсутствует возможность своевременной регистрации аварийной ситуации, что исключает оперативное (активное) прогнозирование последствий аварии.

Для обеспечения измерений в реальном масштабе времени и, соответственно, для обеспечения возможностей более эффективного управления состоянием окружающей среды, необходимо создание и внедрение автоматизированных систем экологического мониторинга (АСЭМ), основанных на использовании современных технических средств получения, пере дачи и обработки информации.

В автоматизированных СЭМ все большее распространение получают экспресс-методы диагностики качества воды на базе приборов, измеряющих состав и свойства воды в проточном режиме, т.е. без взятия проб. Экспрессный режим основан на применении микропроцессорной и компьютерной техники, позволяющей получать результаты измерений параметров воды в момент ее прохождения через точку контроля, а следовательно столь же оперативно прогнозировать последствия и принимать управленческие решения. Подобный режим работы можно квалифицировать как оперативно-режимную диагностику с активным прогнозированием.

Анализ научных и реферативно-информационных публикаций показал, что такие ведущие в водной проблематике научные организации, как Институт водных проблем РАН (г.Москва), Гидрохимический институт (г.Ростов-на-Дону), Государственный гидрологический институт (г.Санкт-Петербург), Российский институт водного хозяйства (г.Екатеринбург) и др., в недостаточной мере занимаются вопросами методологии мониторинга вообще, и автоматизированного мониторинга, в частности.

Известны методологические работы по эколого-биосферному мониторингу Института водных проблем РАН (г.Москва) и Биосферной станции (г.Пущино) по программе ЮНЕСКО "Человек и биосфера" и их совместная разработка по структурно-пространственной и функциональной организации регионального экологического мониторинга на примере Верхнеокского бассейна. К сожалению, проблематика мониторинга качества вод в этих работах практически не затронута, и по сути дела отдана "на откуп" сложившейся системе только контрольного мониторинга.

Таким образом, разработка и создание методического, аппаратурного и программного обеспечения автоматизированной СЭМ трех водных подсистем - поверхностных вод суши, сточных и подземных вод, -которая обеспечивала бы реализацию ряда экологически важных возможностей, наиболее существенные из которых:

• возможность контроля качества воды (биологического и потребительского) водного объекта, используемого для конкретных целей водопользования в соответствии с многочисленными нормативно-регламентирующими документами;

• возможность оценки выноса загрязняющих веществ через базисный замыкающий створ и привноса через входной фоновый створ;

• возможность оценки выноса загрязняющих веществ с поверхностным талым и дождевым стоком с площади водосбора или питания водоисточника;

• возможность установления главных закономерностей процессов естественного самоочищения;

• возможность изучения процессов накопления загрязняющих веществ в донных отложениях и степени их влияния на качество воды;

• возможность составления баланса химических веществ во времени и пространстве является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Обоснование подхода к решению задачи.

Учитывая большой объем и разнородность экологической информации, техническую, технологическую и алгоритмическую сложность решаемых РСЭМ задач, а также необходимость получения комплексных оценок экологической ситуации в регионе, естественно считать, что реализация системы должна быть основана на внедрении современных средств контроля, объединенных единым информационным пространством. Другими словами, система экологического мониторинга должна строиться как интегрированная информационная система.

Интеграция здесь означает, что помимо большого набора типов данных и технологий, при разработке РСЭМ должны быть выработаны и выдержаны некие концепция и методология, оптимально объединяющие это разнообразие данных и технологий, так что в результате система приобретает новое качество, не сводимое к сумме различных методов и технологий. Идея интеграции должна быть становым хребтом разработки системы экологического мониторинга региона.

Современные тенденции создания интегрированных автоматизированных систем (к которым мы отнесем и системы экологического мониторинга), включают разные аспекты интеграции - интеграцию данных, интеграцию технологий и интеграцию технических средств [2].

Интеграция данных заключается в применении системного подхода к проектированию моделей данных, создании некоей универсальной информационной модели и соответствующих протоколов обмена данными.

Интеграция технологий в информационных системах подразумевает получение оптимальных технологических решений обработки информации на основе известных методов и разработки новых, ранее не встречавшихся технологий.

Интеграция технических средств в настоящее время выражается в создании распределенных систем обработки, применении концепций "открытых систем" и современных методов проектирования систем на основе CASE-технологий (Computer Aided System Engineering).

Таким образом, определение основополагающих принципов функционирования системы, достижение ее целостности, оптимизация структуры должны выполняться на основе методов системного анализа.

На протяжении ряда лет по решению администрации Самарской области и Государственного комитета по охране окружающей среды Самарской области Поволжским отделением Инженерной академии РФ совместно с такими организациями, как научно-производственный центр "ПАЛС", СамГТУ и др. проводятся работы по реализации целевой комплексной программы создания в Самарской области региональной автоматизированной системы экологического мониторинга водной среды, являющейся составной частью ЕГСЭМ.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Комплексной программой АН СССР, Минэлектронпрома СССР и Минвуза РСФСР "Повышение эффективности применения вычислительной техники в научных исследованиях, производстве и учебном процессе" на 1986-1989 гг. (основание - Приказ Минвуза РСФСР от 26.12.85 № 810); с целевой подпрограммой "Автоматизированные системы научных исследований" республиканской НТП "Информатизация образования и науки РСФСР" (основание - Приказ ГК по делам науки и высшей школы от 11.03.91 № 185; Приказ Министерства науки, высшей школы и технической политики от 14.02.92 № 181-Ф); с целевой подпрограммой "Автоматизированные системы научных исследований" межвузовской программы "Перспективные информационные технологии в высшей школе" на 1992-97 гг. (основание - Постановление № 10 Комитета по высшей школе Министерства науки от 23.03.92; Приказ № 438 Комитета по высшей школе Министерства высшей школы и технической политики от 08.07.92).

Цель работы и основные задачи исследований. Целью работы является разработка научно обоснованных методических и технических решений по разработке принципов построения ИИС состояния поверхностных, грунтовых и сточных вод автоматизированной системы эко-мониторинга региона.

Для достижения указанной цели был поставлен и решен комплекс задач:

• анализ научно-технической проблемы создания автоматизированной системы экомониторинга водных ресурсов региона, предназначенной: для наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод в пределах всей акватории; для контроля качества грунтовых вод, контроля качества воды на водозаборах и контроля сточных вод в местах их сброса; для контроля трансграничного переноса токсикантов по реке между субъектами федерации; непрерывного контроля, оперативного обнаружения сверхвысоких загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроля развития ситуации; определения интенсивности осадконакопле-ния, контроля способности водоема к самоочищению в режиме реального времени;

• разработка обобщенной модели системы экомониторинга с целью выработки единого системного подхода к анализу и синтезу как различных подсистем АСЭМ, так и процессов преобразования информации;

• разработка принципов построения измерительно-аналитической аппаратуры АСЭМ, обеспечивающих интеграцию входящих в нее элементов и подсистем;

• разработка принципов и методики определения необходимого и достаточного перечня наиболее значимых для региона параметров и загрязнителей водной среды, подлежащих первоочередному контролю;

• разработка принципов и методики определения периодичности измерений и контроля различных параметров экосистем средствами АСЭМ;

• разработка системы критериев и методики выбора методов анализа, которые можно использовать при проведении автоматизированного экомониторинга природных вод конкретного региона;

• разработка системы приоритетов, которые необходимо учитывать при определении количества и территориального размещения элементов информационно-аналитической сети АСЭМ, и методики оптимального их размещения по территории региона;

• разработка пространственной структуры имитационной модели процесса переноса загрязняющих веществ по акватории Саратовского водохранилища, схемы функционирования и самой обобщенной модели переноса загрязнителей;

• разработка теоретических основ эффективного контроля загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроля развития ситуации; определения интенсивности осадконакопления, контроля способности водоема к самоочищению;

• создание ИИС оперативного контроля загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов и способности водоема к самоочищению на основе разработанных методов и внедрение их в практику экомониторинга.

Методы исследований. В процессе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные исследования были тесно взаимосвязаны. Параллельно с разработкой измерительных систем проводилась экспериментальная проверка и отрабатывалась методика проектирования. При решении поставленных задач использовались методы векторного анализа, теория графов, теория электромагнитного поля, аппарат численного интегрирования и решения дифференциальных уравнений.

Достоверность полученных результатов подтверждена расчетами, экспериментальными исследованиями как отдельных узлов, так и систем в целом, испытаниями и эксплуатацией разработанных систем.

Научная новизна работы заключается в разработке и исследовании перспективных методов контроля динамики сточных вод и способности водоема к самоочищению, способов повышения метрологической надежности первичных преобразователей, разработке практических методик определения состава контролируемых параметров, периодичности контроля, выбора метода измерения, в разработке методов оптимального размещения ИИС на местности, разработке имитационной модели распространения загрязнителей по акватории Саратовского водохранилища.

Основными научными результатами, полученными в работе, являются:

• теоретический и экспериментальный анализ возможностей кон-дуктометрических измерений при контроле динамики загрязнений природных вод и накопления донных осадков;

• теоретический и экспериментальный анализ вертикального распределения окислительно-восстановительного потенциала донных осадков при определении способности водоема к самоочищению;

• теоретический и экспериментальный анализ кондуктометриче-ских преобразователей с выносом и фокусировкой чувствительной зоны, инвариантных к загрязнениям межэлектродной зоны, разработка критерия оптимизации преобразователей;

• разработанные практические методики определения состава контролируемых параметров, периодичности контроля, выбора метода измерения, оптимального размещения ИИС на местности;

• математическая модель распространения загрязнителей по акватории Саратовского водохранилища.

Практическую ценность работы составляют:

• созданный многофункциональный измерительный модуль автоматической донной станции экологического контроля, позволяющий измерять непосредственно на дне водоема удельную электрическую проводимости воды "в точке" с помощью локального датчика электропроводности, вариации удельной электрической проводимости воды "в объеме" с помощью распределенного датчика электропроводности, а также водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал Eh, концентрацию растворенного кислорода, температуру;

• созданная ИИС определения способности водоема к самоочищению, позволяющая определять на "месте" уровень нарастающего загрязнения водоема;

• созданный первичный преобразователь электропроводности с выносом и фокусировкой чувствительной зоны;

• комплекс лабораторных работ по дисциплинам "Информационно-измерительные системы", "Автоматизация экспериментальных исследований" для студентов специальности "Информационно-измерительная техника и технологии", поставленный на базе программно-аппаратных средств ИИС определения способности водоема к самоочищению.

Реализация результатов работы осуществлена внедрением многофункционального измерительного модуля автоматической донной станции экологического контроля параметров водной среды в опытную эксплуатацию на насосно-фильтровальной станции НФС-2 (г.Самара) для входного контроля качества воды при ее заборе.

Многофункциональный измерительный модуль автоматической донной станции используется в системе контроля качества воды на насосно-фильтровальной станции г.Волгодонска.

ИИС определения способности водоемов к самоочищению используется в составе контрольно-измерительной аппаратуры системы биологической очистки сточных вод АО АВТОВАЗ.

Результаты работы используются в учебном процессе СамГТУ при выполнении цикла лабораторных работ по дисциплинам "Информационно-измерительные системы", "Автоматизация экспериментальных исследований", при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 17 научных конференциях и совещаниях, в том числе на Всероссийской конференции "Устойчивое развитие в России. Конструктивные предложения", Тольятти, ИЭВБ РАН, 1995; на 9-ой Всероссийской НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", Москва, МГИЭМ, 1997; на Всероссийской НТК "Новые методы, технические средства и технологии получения измерительной информации", Уфа, УГАТУ, 1997; на Международной НТК "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем", Пенза, ПГТУ, 1998; на Всероссийской НТК "Измерительные преобразователи и информационные технологии", Уфа, УГАТУ, 1999; на Международной НТК "Надежность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте", Самара, СамГТУ, 1999 г. Материалы завершенной диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции "Методы и средства измерений в системах контроля и управления", Пенза, ПГТУ, 1999 г., на 6-ой Всероссийской конференции "Состояние и проблемы измерений", Москва, МВТУ, 1999 г.

Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 47 печатных работ, в том числе одна монография.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 378 странице текста, 70 рисунках, 6 таблицах. Список источников литературы включает 212 наименований.

Выводы

1. На основании проведенного анализа методов моделирования и моделей, применяемых в экологических исследованиях, показано, что не существует единой, универсальной, пригодной для всех случаев модели загрязнения поверхностных вод. Выбор конкретного вида модели в основном определяется типом водного объекта, целями моделирования и характером источников загрязнения. Аналитические модели, как правило, имеют сравнительно низкую точность, что позволяет оценить состояние элементов экосистемы иногда лишь на качественном уровне. Большую гибкость и свободу в способах описания природных зависимостей, за счет отказа от общности и теоретической разработанности математических моделей в виде систем дифференциальных уравнений, предполагает путь имитационного моделирования.

2. Проанализированы специфические особенности участка Саратовского водохранилища, находящегося в пределах Самарской области, как объекта для имитационного моделирования процессов переноса загрязняющих веществ. Обоснован вывод о необходимости разработки для каждого из возможных загрязнителей своей, особенной, модели его распространения по акватории водохранилища.

3. Разработана пространственная структура имитационной модели в виде ориентированного графа ЦФ,^), где Ф - множество всех ячеек экосистемы, ¥ - отношение соседства ячеек. Разработаны схема функционирования модели, основанная на независимом протекании процессов преобразования во всех ячейках, и обобщенная имитационная модель, позволяющая проследить процессы переноса загрязняющих веществ в акватории Саратовского водохранилища.

Преимущества такой модели заключаются в том, что разбиение акватории водного объекта на ячейки может вестись с различной степенью детализации, учитывающей специфические гидрологические особенности отдельных ячеек. Возможности этой модели могут быть расширены аналитическим моделированием в пределах отдельной ячейки физических, химических и биологических процессов загрязнения и самоочищения вод.

Заключение

В диссертационной работе разработаны научно обоснованные методические и технические решения по созданию региональной автоматизированной системы экологического мониторинга природных вод. Разработанные концепция и методика построения АСЭМ, а также многофункциональный измерительный модуль автоматической донной станции экологического контроля и ИИС определения способности водоемов к самоочищению внедрены в практику.

Проведенные исследования позволили сформулировать следующие основные результаты и выводы.

1. Сравнительный анализ современных средств сбора и обработки информации об экологическом состоянии поверхностных, грунтовых и сточных вод показал, что

• для контроля трансграничного переноса токсикантов по реке между субъектами федерации;

• для наблюдений за естественным составом и загрязнением поверхностных вод в пределах всей акватории;

• для контроля качества грунтовых вод, контроля качества воды на водозаборах и контроля сточных вод в местах их сброса уже разработан и имеется довольно широкий круг средств контроля и измерений.

Однако такие важнейшие в системе экомониторинга водных ресурсов проблемы, как

• непрерывный контроль, оперативное обнаружение сверхвысоких загрязнений водной среды в результате аварийных выбросов загрязняющих веществ и контроль развития ситуации;

• определение интенсивности осадконакопления, а также контроль способности водоема к самоочищению до настоящего времени не проработаны и не имеют соответствующего технического обеспечения.

Для оперативного обнаружения сверхвысоких загрязнений водной среды и определения интенсивности осадконакопления предложено выполнять относительные и дифференциальные измерения электропроводности воды с использованием распределенных датчиков удельного сопротивления, дающих информацию о J не в "точке", а в любом заданном и достаточно большом объеме воды с соответствующим усреднением. Такие измерения могут осуществляться с помощью многоэлектродных устройств, в которых цепи возбуждения электромагнитного поля отделены от измерительных цепей.

Для определения способности водоема к самоочищению предложено контролировать вертикальное изменение величины окислительно-восстановительного потенциала верхнего слоя донных осадков.

2. Проведенный теоретический анализ позволил доказать, что использование измерительных систем с распределенными в пространстве датчиками удельного сопротивления позволяет эффективно контролировать динамику факела сточных вод, вертикальную стратификацию загрязнений, проводить векторные измерения в зоне загрязнений, контролировать общий сток загрязненных вод, контролировать уровни донных осадков "в точке" и "на площади."

Для повышения метрологической надежности датчиков удельного сопротивления предложен способ устранения влияния загрязнения электродов на работу кондуктометрического преобразователя, заключающийся в выносе чувствительной зоны за пределы электродной системы.

Для анализа работы первичного преобразователя с вынесенной чувствительной зоной и связи его эксплуатационных характеристик с величинами, поддающимися регулированию, сформулированы принципы создания математических моделей первичного преобразователя и разработаны два типа моделей, показавшие принципиальную возможность создания кондуктометрических первичных преобразователей, инвариантных к загрязнениям электродной системы.

Для повышения чувствительности и коэффициента преобразования кондуктометрических датчиков были проанализированы вопросы оптимизации их конструкции.

Экспериментальные исследования разработанных устройств и систем подтвердили правильность основных теоретических положений.

3. Проведенный анализ состояния поверхностных, грунтовых и сточных вод Самарской области позволил сформулировать основные принципы, которыми необходимо руководствоваться для составления необходимого и достаточного перечня наиболее значимых для данного региона параметров и загрязнителей водной среды, подлежащих первоочередному контролю.

На основании этих принципов разработан необходимый и достаточный перечень контролируемых параметров для оценки состояния водных ресурсов Самарской области средствами АСЭМ: температура воды, рН, Eh, удельная электропроводность (УЭП), растворенный кислород, ионы нитритов, ионы нитратов, ионы аммония, ионы сульфатов, хлориды, фенолы, СПАВ, перманганатная окисляемость, БПК5, взвешенные вещества, цветность, жесткость, нефтепродукты, фосфор, железо, натрий, магний, марганец, цинк, медь, кадмий, ртуть, свинец, никель, кобальт, хром (шестивалентный).

Разработан перечень контролируемых параметров для оперативного автоматизированного контроля в АСЭМ.

4. Анализ накопленной информации, оценка организационной структуры наблюдений за состоянием водной экосистемы и учет имеющих место тенденций изменения экологической обстановки позволили сделать вывод о необходимости совершенствования системы мониторинга каскада волжских водохранилищ и их притоков в рамках единой системы экологического мониторинга Самарской области. Показано, что мониторинг водных ресурсов региона должен являться сопряженным, т.е. включать в себя систематические измерения и наблюдения всех сфер водной среды, от которых зависит качество воды в водоеме: физико-химических, гидрологических, а также биологических показателей. С этой точки зрения в составе системы мониторинга водных ресурсов должны быть предусмотрены, выделены и практически реализованы подсистемы мониторинга гидрометеорологических факторов, химического, микробиологического, гидробиологического, ихтиологического мониторингов.

5. На основании анализа целей мониторинга, а также с точки зрения скоростей протекания природных процессов, наблюдаемых в водоемах, - физических, химических и биологических - разработаны принципы определения периодичности измерений и контроля различных параметров экосистем средствами АСЭМ.

6. На основании разработанной системы критериев было показано, что из всего спектра методов анализа, которые можно использовать при проведении автоматизированного экомониторинга природных вод, наиболее универсальными являются электроаналитические методы (потенциометрия, кондуктометрия, вольтамперометрия). Среди аналитических методов детального анализа проб воды наиболее распространенными и поддающимися автоматизации являются хроматографиче-ский и спектроскопический.

7. Сформулированы группы приоритетов, которые необходимо учитывать при определении количества и территориального размещения информационно-аналитических центров региональной АСЭМ. Руководствуясь фактором достаточного охвата локальных зон при минимуме СИПов, показано, что СИПы поверхностных вод должны быть привязаны к хозяйственно-питьевым водозаборам, СИПы сточных вод - к выпускам сточных вод, СИПы подземных вод - к подземным водозаборам. Предложена оптимальная пространственная сеть постов АСЭМ по подсистемам поверхностных, подземных и сточных вод.

Показано, что расположение ЗИАЦов в крупных городах оправдано на первом этапе развертывания АСЭМ, так как использует элементы уже сложившейся системы экомониторинга. Однако современные средства телекоммуникаций усиливают тенденцию размещения ЗИАЦов не там, где удобно, а там, где это необходимо. Критерием такого расположения ЗИАЦов выступает время доставки проб воды с места контроля до кустового ЗИАЦ, обслуживающего данную зону области. Предложена методика оптимального (с точки зрения минимума времени доставки проб воды с СИПов определенной зоны) размещения ЗИАЦов на местности, основанная на технологиях АСНИ.

8. Проанализированы специфические особенности участка Саратовского водохранилища, находящегося в пределах Самарской области, как объекта для имитационного моделирования процессов переноса загрязняющих веществ. Обоснован вывод о необходимости разработки для каждого из возможных загрязнителей своей, особенной, модели его распространения по акватории водохранилища.

Разработана пространственная структура имитационной модели в виде ориентированного графа Г(Ф,ХР), где Ф - множество всех ячеек экосистемы, ¥ - отношение соседства ячеек. Разработаны схема функционирования модели, основанная на независимом протекании процессов преобразования во всех ячейках, и обобщенная имитационная модель, позволяющая проследить процессы переноса загрязняющих веществ в акватории Саратовского водохранилища.

Преимущества такой модели заключаются в том, что разбиение акватории водного объекта на ячейки может вестись с различной степенью детализации, учитывающей специфические гидрологические особенности отдельных ячеек. Возможности этой модели могут быть расширены аналитическим моделированием в пределах отдельной ячейки физических, химических и биологических процессов загрязнения и самоочищения вод.

1. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Самарской области в 1998 году. Самара, 1999.

2. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии.-М.: Финансы и статистика, 1998,- 287 с.

3. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды.- М.: Недра, 1990.

4. Месарович М. Теория систем и биология. Точка зрения теоретика.- В сб.: Теория систем и биология.- М.: Мир, 1971.

5. Месарович М., Мако Д., Такахара М. Теория иерархических многоуровневых систем.- М.: Мир, 1973.-344 с.

6. Аппаратура в стандарте КАМАК: Справочник.-М.: ВИМИ, 1985.

7. Брябрин В.М. Программное обеспечение персональных компь-ютеров.-М.: Наука, 1987.

8. Коллинз Г., Блэй Дж. Структурные методы разработки систем: От стратегического планирования до тестирования: Пер. с англ.-М.: Финансы и статистика, 1986.-264 с.

9. Мячев А.А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микро-ЭВМ: Основы организации: Справочник.-М.: Радио и связь, 1991.

10. Курковский А.П., Прицкер А.А.Б. Системы автоматизации в экологии и геофизике.- М.: Наука, 1995.- 238 с.

11. И.Давиденко К.Я. Технология проектирования АСУ ТП.- М.: Энергоатомиздат, 1986.

12. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов / А.Н.Домарацкий, А.А.Лескин, В.М. Пономарев и др.-Л.: Машиностроение, 1986.

13. Виттих В.А., Цыбатов В.А. Оптимизация бортовых систем сбора и обработки данных.-М.: Наука, 1985.

14. Цветков В.Я. Информатизация: Создание современных информационных технологий.-Ч. 1. Структуры данных и технические средст-ва.-М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1990.-118 с.

15. Цветков В.Я., Кирюхина И.Я. Применение экспертных систем в управлении непромышленными объектами.-М.: ГКНТ, ВНТИЦентр, 1991.-119 с.

16. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии.-М.: МИИГАиК, 1996.-112 с.

17. Формирование технических объектов на основе системного анализа / В.Е.Руднев, В.В.Володин, К.М.Лучанский и др.-М.: Машиностроение. 1991.-320 с.

18. Выставкин А.Н. Процесс исследования как объект автоматизации / Автоматизация экспериментальных исследований.- Горький: ИПФ АН СССР, 1985. С.4-46.

19. Ивахненко А.Г., Пека П.Ю., Востров Н.Н. Комбинированный метод моделирования водных и нефтяных полей.- Киев: Наук, думка,1984.

20. Курковский А.П. Имитационные модели и методы автоматизации в системах экологических исследований и мониторинга атмосферного воздуха / Сб. докл. междунар.семинара "Программное обеспечение АСНИ". Гливице, 1989.

21. Курковский А.П., Чеберкус В.И. Самоорганизация точечных моделей для прогнозирования содержания растворенного кислорода и взвешенных веществ в реке / Автоматика, 1979. №5.

22. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов.-М.: Энергоатомиздат, 1986.

23. Мазур.И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология.- М.: Высшая школа, 1996.

24. Модели управления природными ресурсами / В.А.Батурин, В.И.Гурман, Э.Е.Дроздовский и др. Под ред. В.И.Гурмана.- М.: Наука, 1981.

25. Моисеев Н.Н., Свирежев Ю.М., Тарко A.M., Крапивин В.Ф. Системный анализ динамических процессов биосферы // Вести АН СССР, 1979, №1/2.

26. Парк Р. Экологическое моделирование и оценка экологического стресса // Всесторонний анализ окружающей природной среды: Тр. II Сов.-амер. Симпоз.-JI.: Гидрометеоиздат, 1975.

27. Eisner Н. Computer-aided systems engineering. EnglewoodCliffs (N.J): Prentice-Hall, 1987.

28. Гуляев Ю.В., Рогальский В.И., Крапивин В.Ф. Математическое моделирование природных объектов в глобальной космической системе экологического контроля за состоянием окружающей среды.-М., 1991. 31 с. (Препр./ИРЭ АН СССР, №553).

29. Последствия ядерной войны: физические и атмосферные эфек-ты: Пер.с англ./ Б.Питток, Т.Акормен, П.Кутцен и др.-М.: Мир, 1988.

30. Форрестер Дж. Мировая динамика.- М.: Наука, 1978.

31. Forrester J.W. Principles of systems. Cambrige. Massachussets; Wright Allen press, 1971.

32. Meadows D.H. et al. The limits of growth. N.Y.: Universe book, 1972.

33. Берланд M.E. Прогноз и регулирование загрязнения атмосфе-ры.-Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

34. Смит Дж.М. Модели в экологии.- М.: Мир, 1976.

35. Air pollution modeling and its application. N.J.: Plenum press, 1985.

36. Бабер И.С., Белохвостиков Б.В., Гинсбург A.H. и др. Принципы построения и реализации иерархической системы для автоматизации гидроакустических экспериментов // Автоматизация экспериментальных исследований. Горький: ИПФ АН СССР, 1985.

37. Вельтищева Н.А. Методы моделирования промышленного загрязнения атмосферы. Обнинск: ВНИИ гидрометеорол.информ. 1975.

38. Имитационное моделирование системы "Водосбор-река-морской залив"/ Под ред. В.Крысановой и Х.Луйк. Таллин: Валгус, 1989.

39. Форрестер Дж. Динамика развития города.- М.: Прогресс, 1974.

40. Экологические системы: Адаптивная оценка и управление / Под ред. К.Х.Холинга.- М.: Мир, 1981.

41. Park R.A. A generalized model gor simulating lake ecosystems // Simulation. 1974. Aug. P.33-50.

42. Маклаков А.Ф., Снежинский В.А., Чернов Б.С. Океанографические приборы.- Л.: Гидрометеоиздат, 1975.-383 с.

43. Принципы построения технических средств исследования океана.- М.: Наука, 1982.-323 с.

44. Унгерман М.Н. Технические средства океанологического обеспечения промысла.- М.: Пищевая промышленность, 1981.-272 с.

45. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.-М.: Химия, 1984.

46. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А.Д.Семенова.- Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

47. Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Ю.Ю.Лурье.-М.: Химия, 1973.

48. Новиков Ю.В., Ласточкина К.С. Методы исследования качества воды водоемов,- М.: Медицина, 1990.

49. Новиков Ю.В. Методы определения вредных веществ в воде.-М.: Медицина, 1981.

50. Ястребов B.C. Методы и технические средства океанологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1986.- 272 с.

51. Лукошков А.В. Техника исследования морского дна.- Л.: Судостроение, 1984.

52. Водогрецкий В.Е., Крестовский О.И., Соколов Б.Л. Экспедиционные гидрологические исследования.- Л.: Гидрометеоиздат, 1985.230 с.

53. Милн П. Подводные инженерные исследования.- Л.: Судостроение, 1984.-338 с.

54. Подводная технология / А.В.Коробков, В.С.Левин, А.В.Лу-кошков, П.П.Серебреницкий.- Л.: Судостроение. 1981.-238 с.

55. Проблемы исследования и освоения мирового океана / Под ред. А.И.Вознесенского.-Л.: Судостроение, 1979.-406 с.

56. Задков В.Н., Пономарев Ю.В. Компьютер в эксперименте: Архитектура и программные средства систем автоматизации.- М.: Наука, 1988.

57. Клир Дж. Системология: Автоматизация решения системных задач: Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1990.

58. Системное проектирование интегрированных производственных комплексов / А.Н.Домарацкий, А.А.Лескин, В.М.Пономарев и др.-Л.: Машиностроение, 1986.

59. Klir G.J. Applied general systems research. N.Y.: Plenum press, 1978.

60. Oren T.I., Zeigle B.P., Elzas M.S. Simulation and model based methodologies. N.Y.: Springer, 1983.

61. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем.- М.: Высшая школа, 1998.-320 с.

62. Обзор состояния загрязнения поверхностных вод на территории деятельности Приволжского УГМС за 1995 год.- Самара, 1996.

63. Обзор состояния загрязнения поверхностных вод на территории деятельности Приволжского УГМС за 1996 год.- Самара, 1997.

64. Обзор состояния загрязнения поверхностных вод на территории деятельности Приволжского УГМС за 1997 год.- Самара, 1998.

65. Обзор состояния загрязнения поверхностных вод на территории деятельности Приволжского УГМС за 1998 год.- Самара, 1999.

66. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 3.-JL: Гидрометеоиздат, 1985.

67. Руководство по химическому анализу поверхностных вод су-ши.-Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

68. Унифицированные методы мониторинга фонового загрязнения природной среды / Под ред. Ф.Я.Ровинского.- М.: Гидрометеоиздат, 1986.

69. Международный стандарт ISO 95626 1989 (Е) Качество воды -определение абсорбируемых органических галогенов (АОХ).

70. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / Под ред. В.А.Абакумова.- С-т Перербург, Гидрометеоиздат, 1992.

71. ГОСТ 18963-73. Вода питьевая. Методы санитарно-бактерио-логического анализа.- М., 1974.

72. Побережный Е.С. Байкальские эндемичные моллюски как объект гидробиологического мониторинга // Диссертация на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. Иркутск, 1989.

73. Правдин И.Ф. Руководство по изучению рыб.- М. 1966.

74. Быховская-Павловская И.Е. Паразитологическое исследование рыб.-Л.1969.

75. Определитель паразитов пресноводных рыб СССР.- М.: Изд. АН СССР, 1962.

76. Определитель паразитов пресноводных рыб / Под ред. О.Н.Бауер.-Л., т.1,1984; т.2,1985; т.3.1987.

77. Лабораторные методы исследования в клинике: Справочник / Под ред. В.В.Меншикова.-М.: Медицина, 1987.

78. Лабораторные исследования в ветеринарии: Справочник / Под ред. В.И Антонова.-М.: Агропромиздат, 1991.

79. Методическое руководство по биотестированию воды. РД118-03-90.- Утв.Минприроды СССР 17.08.90 (за №97).

80. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-анали-тический мониторинг супертоксикантов.-М.: Химия, 1996.-319 с.

81. Кузьмин Н.М., Нейман Е.Я., Попов АЛЛ Системы эколого-аналитического контроля в действии.-М.: 1994.

82. Байерман К. Определение следовых количеств органических веществ.-М.: Мир, 1987.- 429 с.

83. Кальвода Р. Зыка Я., Штулик К. и др. Электроаналитические методы в контроле окружающей среды.-М.: Химия, 1990. 240 с.

84. Хмельницкий Р.А., Бродский Е.С. Масс-спектрометрия загрязнений окружающей среды.-М.: Химия, 1990.-184 с.

85. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Муринов Ю.И. Вольтампе-рометрия с модифицированными и ультрамикроэлектродами.-М.: Наука, 1994.-239 с.

86. Методы определения микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде. Справочное издание / Под ред. М.А. Клисенко.-М.: Колос, 1992.-567 с.

87. Буйташ П., Кузьмин Н.М., Лейстнер Л. Обеспечение качества результатов химического анализа.-М.: Наука, 1993.-167 с.

88. Шаевич А.Б. Аналитическая служба как система.-М.: Химия, 1987.-184 с.

89. Ровинский Ф.Я., Воронова Л.Д., Афанасьев М.И. и др. Фоновый мониторинг загрязнения экосистем суши хлорорганическими со-единениями.-Л.: Гидрометеоиздат, 1990.-270 с.

90. Система аккредитации аналитических лабораторий (центров) / Метрология, 1993. №6.

91. Пиментел Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и зав-тра.-М.: Мир, 1992.-288 с.

92. Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей среды.-М.: Центр экологических проблем. 1991.-370 с.

93. Карякин А.В., Грибовская И.Ф. Методы оптической спектроскопии и люминесценции в анализе природных и сточных вод.-М.: Химия, 1987.-304 с.

94. Карасек Ф., Клемент Р. Введение в хромато-масс-спектро-метрию: Пер. с англ.-М.: Мир, 1993.-237 с.

95. Карякин А.В., Грибовская И.Ф. Эмиссионный спектральный анализ объектов биосферы.-М.: Химия, 1979.-207 с.

96. Вайнфорднер Дж. Спектроскопические методы определения следов элементов: Пер. с англ.-М.: Мир, 1979.-494 с.

97. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов.-М.: Медицина, 1990.-400 с.

98. Брицке М.Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ.-М.: Химия, 1982.-224 с.

99. Головина А.П., Левшин Л.В. Химический люминесцентный анализ неорганических веществ.-М.: Химия, 1978.-246 с.

100. Теплицкая Т.А. Квазилинейчатые спектры люминесценции как метод исследования сложных природных органических смесей.-М.: Изд. МГУ, 1971.-71 с.

101. Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов.-Л.: Гидрометеоиздат, 1988.-223 с.

102. Алексеева Т.А., Теплицкая Т.А. Спектрофлуориметрический метод анализа ароматических углеводородов в природных и техногенных средах.-Л.: Гидрометеоиздат, 1981.-214 с.

103. Вершинин В.И., Смирнов Ю.Н. // Химический анализ объектов окружающей среды. Новосибирск: Наука, 1991.

104. Высокоэффективная газовая хроматография: Пер. с англ. / Под ред. К.Хайвера.-М.: Мир, 1993.-288 с.

105. Киселев А.В. Адсорбционная газовая и жидкостная хромато-графия.-М.: Химия, 1979.-287 с.

106. Никаноров A.M., Жулидов А.В. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах.-Л.: Гидрометеоиздат. 1991.-312 с.

107. Васильев В.П. Теоретические основы физико-химических методов анализа.-М.: Высшая школа, 1979.-184 с.

108. Первичные измерительные преобразователи океанографических параметров / Г.В.Смирнов, С.А.Лавров, М.Е.Рабинович, А.С.Свет-личный.-Владивосток: Изд. Дальневост.ун-та, 1990.-296 с.

109. Степанюк И.А. Океанологические измерительные преобразо-ватели.-Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-270 с.

110. Лурье Ю.Ю., Рыбникова Л.И. Химический анализ производственных сточных вод.-М.: Химия, 1974.

111. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды / Под ред. А.П.Кульского, 1980.

112. Мигдли Д., Торренс К. Потенциометрический анализ воды.-М.: Мир, 1980.

113. СЭВ: Унифицированные методы исследования качества вод. ч.1, т.2,1983.

114. Дмитриев М.Т. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде.-М.: Медицина, 1989.

115. Правила охраны поверхностных вод.-М.: Минэкология, 1991.

116. Хромешкин В.М. О выделении водных масс в озере Байкал по данным измерений удельной электропроводности // Водные ресурсы, 1986, №2. С.181-184.

117. Токарев В.Г., Трибрат И.Н. Прогнозирование экологических процессов.-Новосибирск: Наука, 1986.

118. Камшилов М.М. Экологические аспекты загрязнения водных объектов и принципиальные пути борьбы с ним // Гидробиологический журнал, 1979, Т.15,№31. С.3-10.

119. Алимов А.Ф. Основные положения теории функционирования водных экосистем // Гидробиологический журнал, 1990, т.26, №6. С.3-12.

120. Екимов А.В., Ревяков М.И. Надежность средств электроизмерительной техники.-Л.: Энергоатомиздат, 1986.

121. Надежность технических систем: Справочник / Под ред. И.А.Ушакова.-М.: Радио и связь, 1985.

122. Львович Г.А., Хавкин В.Е. Самодиагностирование и самовосстановление микропроцессорных систем.-М.: Радио и связь, 1985.

123. Коваленко А.Е., Гула В.В. Отказоустойчивые микропроцессорные системы.-Киев: Техника, 1986.-150 с.

124. Екимов А.В., Хаскин А.Н. Надежность программного обеспечения измерительно-вычислительных систем.-М.: Энергоатомиздат, 1987.

125. Бромберг Э.М., Куликовский K.JI. Тестовые методы повышения точности измерений.-М.: Энергия, 1978.-176 с.

126. Туз Ю.М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств.-Киев.: Высшая школа, 1976.-255 с.

127. Иоссель Ю.Я., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости.-JI.: Энергоиздат, 1981.-288 с.

128. Зимин Е.Ф., Кочанов Э.С. Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах.-М.: Энергоатомиздат, 1985.-256 с.

129. Новиков Ю.В., Карпенко Д.Г. Аппаратура локальных сетей.-М.: ЭКОМ, 1998.-286 с.

130. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения.-М.: ЭКОМ, 1997.-222 с.

131. Построение сетей ЭВМ: Пер. с япон./ Като М., Иимура Д., То-коро М., Тома Е.-М.: Мир, 1988.-307 с.

132. Ламекин В.Ф. Модемная связь.-М : Зевс, 1997.-190 с.

133. Зельднер Г.А. и др. Компьютер на связи (факс-модемы, модемы, глобальные сети, E-mail, ВВС), ABF.-M., 1996.

134. Котович Г.Н., Ламекин В.Ф. Объектовая связь.-М.: Радио и связь, 1992.

135. Модемы для телефонных каналов. ТЭК.-М.: Эко-Трэндз, 1993.

136. Якубайтис Э.А. Информационные сети и системы.-М.: Финансы и статистика, 1998.-368 с.

137. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети.-М.: Финансы и статистика, 1998.-224 с.

138. Региональная автоматизированная система экологического мониторинга водной среды. Концепция и целевые комплексные про-граммы.-Самара. 1994.

139. Дружинин Н.И., Шишкин А.И. Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения поверхностных вод суши.-М., 1989.

140. Вознесенский Г.Ф. Методы математического моделирования загрязнения речной воды (обзор) / Миграция веществ антропогенного происхождения в речных бассейнах и моделирование качества воды/ М.: Гидрометеоиздат, 1979.

141. Математические модели контроля загрязнений воды / Под ред. Д.Джеймса.-М., 1981.

142. Ткалич П.В. Численное моделирование распространения растворенной примеси в водоемах / Системный анализ и методы математического моделирования в экологии.-Киев, 1990.

143. Железняк М.И. Математические модели миграции радионуклидов в каскаде водохранилищ / Системный анализ и методы математического моделирования в экологии.-Киев, 1990.

144. Балансовая модель загрязнения р.Москвы //Метеорология и гидрология, 1976, №11. С.55-59.

145. Теория систем в приложении к проблемам защиты окружающей среды / Под ред. Д.Сэрджио.-М., 1981.

146. Некоторые принципы экологического моделирования водоемов / Экологические модели малых рек и водоемов.-М., 1985.

147. Меншуткин В.В. Имитационное моделирование водных экологических систем.-СПб.: Наука, 1993.-160 с.

148. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ.-М.: Радио и связь, 1988.-232 с.

149. Цвиркун А.Д., Акинфиев В.К., Филиппов В.А. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем: (Оптимизационно-имитационный подход). М.: Наука, 1985.

150. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СЛАМII: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.

151. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1973.

152. Древе Ю.В., Золотарев В.В. Имитационное моделирование и его применение при проектировании автоматизированных систем управления. М.: МИФИ, 1981.

153. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977.

154. Марчук Г.И., Кочергин В.П., Саркисян А.С. Математические модели циркуляции в океане. Новосибирск, 1980.-285 с.

155. Павловский В.А., Матвеев Н.М., Прохорова Н.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях Самарской области // Экология и здоровье человека: Тезисы доклада всероссийской конференции. -Самара, 1994.-С. 111-112.

156. Павловский В.А., Краснощекое Г.Л. Содержание пестицидов и нитратов в сельскохозяйственной продукции //Экологическая ситуация в Самарской области: состояние и прогноз Ин-т экологии Волжского бассейна РАН. -Тольятти, 1994. -С.231-236.

157. Павловский В.А., Матвеев Н.М., Прохорова Н.В., Левенец

158. Павловский В.А., Матвеев Н.М., Прохорова Н.В., Никитин

159. C.И. Тяжелые металлы в некоторых сельскохозяйственных растениях Самарской области // Вопросы экологии и охраны природы в лесостепной и степной зонах: Межвед. сб. научных трудов. -Самара, СГУ, 1995. -С. 122-127.

160. Павловский В.А., Березин В.А., Карасев В.П., Цыкало В.А. Региональная автоматизированная система экологического мониторинга // Устойчивое развитие в России. Конструктивные предложения. -Тольятти: ИЭВБ РАН, 1995. С. 64-67.

161. Павловский В.А. Мифологическая модель автоматизированной системы экологического мониторинга региона // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. Самара, 1995,- С.71-79.

162. Павловский В.А., Ланге П.К. Интеграция технологий автоматизированных информационных систем при построении автоматизированной системы экомониторинга // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. Пенза, 1996. - С.31-43.

163. Павловский В.А., Розенберг Г.С. Оценка качества биоиндикаторов // Экологическое состояние реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (биологическая индикация). Тольятти: ИЭВБ РАН, 1996. - С. 317-324.

164. Павловский В.А. Системотехническое проектирование и программное обеспечение измерительных систем в экологии // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. Пенза, 1996.-С.44-59.

165. Павловский В.А., Мельников Е.В. Способы реализации технических средств экологического мониторинга водной среды // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. Пенза, 1996.-С.60-81.

166. Павловский В.А., Зинченко Т.Д. Современное состояние экосистем // Экологическое состояние реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (биологическая индикация). Тольятти: ИЭВБ РАН, 1996.-С. 311-313.

167. Павловский В.А. Пространственно-временные масштабы экологических явлений и процессов // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. Самара, 1997. - С.3-7.

168. Павловский В.А., Ланге П.К. Принципы построения мобильных лабораторий экологического контроля // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. Самара, 1997. - С.8-15.

169. Павловский В.А., Мельников Е.В. Методы и средства экспресс-анализа загрязнений водной среды // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. Самара, 1997. - С.16-25.

170. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Перспективы использования кондуктометрических методов в системах экспресс-анализа загрязнений водной среды // Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". -Вып.5. Самара, 1997. - С.31-39.

171. Павловский В.А. Кондуктометрический контроль динамики загрязнений природных вод // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. Пенза, 1997. - С.40-55.

172. Павловский В.А., Мельников Е.В. Оптимизация кондуктометрических измерительных преобразователей ИИС экспресс-анализа загрязнений водной среды // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. Вып.6. - Пенза, 1997. - С.56-64.

173. Павловский В.А. Принципы разработки топологии территориального размещения элементов региональной АСЭМ // Деп. в ВИНИТИ 16.04.97 №129-В76.

174. Павловский В.А., Мельников Е.В. Топологическая оптимизация автоматизированной системы экомониторинга региона // Деп. в ВИНИТИ 27.07.97 №424-В76.

175. Павловский В.А. Проблемы создания человеко-машинных систем принятия решений в эколого-экономических системах // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. Самара, 1998. -С.3-7.

176. Павловский В.А. Система сопряженного экологического мониторинга водной среды // Информационно-измерительные системы: Сб. научн. трудов Поволжского регионального научно-технического центра МА РФ. Самара, 1998. - С.8-15.

177. Павловский В.А. Автоматизированная система экологического мониторинга Самарской области // Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки". Вып.5. - Самара, 1998. - С. 170-172.

178. Павловский В.А. Разработка концепции мониторинга загрязнений вод открытых внутренних водоемов // Труды Поволжского отделения метрологической академии РФ. Пенза, 1998. - С.24-29.

179. Павловский В.А. Обобщенная имитационная модель процессов переноса загрязняющих веществ в акватории Саратовского водохранилища. Труды Поволжского регионального научно- технического центра Метрологической академии РФ. Вып.6." Самара, 1998. С. 21-37.

180. Павловский В.А. Методы моделирования и прогнозирования загрязнений природных вод. Труды Поволжского регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.6. Самара, 1998.-С. 3-20.

181. Павловский В.А., Петровский А.В., Татаренко Е.И. Разработка и исследование кондуктометрических измерительных преобразователей с выносом и фокусировкой чувствительной зоны // Деп. в ВИНИТИ 17.03.99 №835-В99.

182. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Разработка концепции ИИС мониторинга загрязнений вод открытых внутренних водоемов // Деп. в ВИНИТИ 17.03.99 №836-В99.

183. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Измерительная система для определения способности водоемов к самоочищению // Биология беспозвоночных: Сб. научн. трудов. Самара: СГУ, 1999. - С.41-46.

184. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Информационная сеть мониторинга загрязнений поверхностных вод // Информатика. Радиотехника. Связь: Сборник трудов ученых Поволжья. Самара: АТИ, 1999. -С.66-68.

185. Павловский В.А. Системные требования к ИИС контроля параметров водной среды. Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно технического центра Метрологической академии РФ.Вып.9. Самара, 1999.-С.21-30.

186. Павловский В.А., Татаренко Е.И. Разработка топологии территориального размещения региональной АСЭМ. Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.9. Самара, 1999. С. 1-14.

187. Павловский В.А. Методология топологической оптимизации АСЭМ. Тематический сборник научных трудов Поволжского регионального научно-технического центра Метрологической академии РФ. Вып.9. Самара, 1999.- С. 15-30.

188. Павловский В.А. Системы экологического мониторинга водных ресурсов. Монография. Самара, Изд-во Парус. 2000. 224 с.

189. Павловский В.А. Принципы построения обобщенной региональной системы экологического мониторинга водной среды. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия "Технические науки". №24. Самара, 2004. С. 59-63.

190. Павловский B.A. Информационно измерительная система оперативного контроля параметров водной среды. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия "Физико- математические науки" №32. Самара, 2005. - С. 68-72.

191. Павловский В.А. Информационно измерительная система пространственного контроля загрязнения водной среды. Известия Самарского научного центра Российской Академии наук. Том 7. Самара, 2005.-С.115-119.

192. Павловский В.А. Моделирование процесса распространения загрязнений водной среды. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия "Физико- математические науки" №34. Самара, 2005.-С. 178-181.