Секция №12: Мониторинг окружающей среды и безопасность

Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
417
Мониторинг и биоиндикация урбанизированной среды
Е.В.Авдеева, В.Ф. Надемянов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»,
Красноярск, пр. Мира,82, Россия
E-mail: e.v.avdeeva@gmail.com
Интенсивный процесс урбанизации обусловил ряд экологических проблем, связанных с
резким ухудшением качества городской среды. Все это вызывает необходимость объективной
оценки ее современного состояния и познания механизмов функционирования систем в интересах экологической безопасности человека в условиях техногенного стресса [Уфимцева, Терехина, 2005]. Химические соединения техногенного происхождения, попадая в городскую среду,
модифицируются биотическими и абиотическими составляющими, поэтому их окончательное
воздействие на компоненты окружающей среды сложно прогнозировать. Интегральную оценку
состояния окружающей среды можно получить методом биологической индикации, т.е. определить состояние среды по реакциям живых организмов-биоиндикаторов в показателях, имеющих биологический смысл [1, 2]. По составу, состоянию отдельных особей и популяций можно
судить о качестве окружающей среды на урбанизированных территориях.
Установлено, что природные и антропогенные экстремальные воздействия вызывают у
растений одни и те же изменения, приводящие их к стрессовому состоянию: в результате
уменьшения фотосинтезирующей поверхности снижается прирост в высоту и по диаметру, что
в конечном итоге приводит к изменению уровня продуктивности. Поэтому в городских условиях резервы продуктивности насаждений, возможные для данной природной территории, не
реализуются из-за техногенного обострения экологической обстановки. Анализ литературных
источников [3, 4] показал, что у растений развивается особое состояние – фитостресс в результате того, что в среде складывается ситуация, отличная от природной фоновой, затрудняющая
естественное существование растений.
Анализ состояния среды города Красноярска показал, что сложившаяся экологическая ситуация оказывает значительную дополнительную нагрузку на природный комплекс и обуславливает
антропогенную модификацию сложных естественных факторов, характерных для данного региона,
что сказывается на изменении свойств отдельных биотических компонентов и качества среды, которое должно рассматриваться и оцениваться с учетом потребностей всех живых организмов, а
оценка отклонения параметров среды от их исходных значений возможна методом биоиндикации.
Экстремальными факторами городской среды Красноярска для древесной растительности выступают абиотические природные стрессоры, такие, как природный повышенный уровень запыленности, подтопление, котловинность рельефа, низкая устойчивость ландшафтов в сочетании с техногенными стрессорами (промышленность, транспорт, рекреация).
Особенность техногенных стрессоров состоит в том, что они по величине, интенсивности,
моменту воздействия и продолжительности создаются и модифицируются с такой силой, что
биологические системы не успевают активизировать соответствующие адаптационные процессы [1, 5]. В результате антропогенные факторы превышают диапазоны толерантности, выходя
за пределы допустимых нагрузок на живые организмы, что приводит к распаду биологических
систем. Поддержание определенного уровня устойчивости к стрессовым факторам, уменьшение их воздействия отражается в ответных неспецифических или специфических реакциях:
снижении интенсивности роста или репродуктивной способности и др. [6, 7].
Древесные растения, произрастающие в условиях городской среды, испытывают стресс в
течение всей жизни, т. е. постоянно находятся в состоянии, при котором необходимы дополнительные затраты на компенсацию стрессовых воздействий. Достижение пороговых значений
лимитирующих техногенных (острых или хронических) факторов нарушает сложившийся баланс, что приводит к потере устойчивости и преждевременной гибели растений. В условиях
городской среды актуально проведение диагностики ее экологического состояния по реакции
изменения биометрических показателей (признаков–маркеров) растительности. Морфологические особенности древесной растительности городских насаждений являются достаточно информативными для определения степени стабильности роста отдельных видов растений, находящихся в условиях индустриального пресса и состояния городской среды.
418
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
Из объектов фитоиндикации антропогенных воздействий на атмосферное загрязнение наибольший интерес представляют лесные сообщества и древесные породы-экдификаторы. При
этом, если растение реагирует значительными отклонениям жизненных проявлений от «нормы», то оно является чувствительным биоиндикатором. Получить количественные данные о
динамике и величине стрессового воздействия возможно на основе морфологических изменений, оценить биологические последствия – по величине потери продуктивности [6].
В ходе отбора древесных индикаторов к растениям предъявляются следующие требования:
растение должно обладать определенным уровнем чувствительности к стрессовым техногенным факторам; отклик индикатора должен зависеть от уровня воздействия; проявление визуально наблюдаемых морфологических (биометрических) изменений; достаточная точность и
информативность; высокая встречаемость в зеленых насаждениях города; равномерность распределения по территории города; пригодность для использования на подобных территориях
[4, 7]. Анализ древесной растительности объектов озеленения г. Красноярска показал, что
предъявляемым требованиям отвечает лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.) [8].
В естественных условиях у деревьев по морфологическим признакам, по спилам ствола
или кернам можно определить абсолютный (календарный) возраст. При этом с возрастанием
техногенных нагрузок в урбосреде происходят значительные изменения габитуса растений, а
определение абсолютного возраста в зеленых насаждениях городов по спилам и кернам практически невозможно. Это означает, что в условиях городской среды экологическую оценку
воздействия на состояние растений логичнее связывать не столько с календарным возрастом,
сколько с уровнем онтогенетического развития, т.е. его биологическим состоянием.
Онтогенез лиственницы сибирской в условиях урбосреды можно проследить с виргинильного состояния растений семенного происхождения, поступающих на объекты озеленения города из питомников. Дальнейшее развитие лиственницы сибирской зависит от сложившихся
градорастительных условий территории произрастания растений.
Анализ результатов исследований внешних признаков возрастных изменений лиственницы
сибирской, проведенных в лесах Красноярского края, показал, что наиболее информативными
являются габитус кроны дерева и состояние коры. Анализ исследований позволил составить
обобщенную таблицу соответствия внешних признаков состояния лиственницы сибирской возрастным периодам ее развития, по совокупности которых можно получить соотношение календарного возраста и возрастного состояния (биологического возраста) деревьев, произрастающих в условиях городской среды [8].
Изучение изменения внешних признаков лиственницы сибирской в условиях урбосреды
Красноярска проводилось в вегетационный период и в состоянии покоя деревьев в различных
градорастительных условиях. На основании полученных данных установлены зависимости соответствия календарного возраста деревьев возрастным состояниям, периоды прохождения определенных фаз развития в зависимости от сложности градорастительных условий.
По результатам исследования можно выделить следующие закономерности изменения онтогенеза деревьев лиственницы в городе: поливариантность темпов развития и прохождения
возрастных состояний лиственницы сибирской в условиях урбосреды – за одинаковый календарный период (50 лет) деревья проходят от двух до пяти фаз возрастного развития; влияние
градорастительных условий сказывается на изменениях в ходе онтогенеза, стадии фитостресса
и стратегии устойчивости развития дерева; более полное соответствие условий городской среды и параметров экологических ниш для лиственницы сибирской формируется в I-ом типе градорастительном условий – растения переносят стрессовые нагрузки без существенных изменений и находятся в начальной стадии фитостресса; наиболее экстремальные ситуации наблюдаются в IV-ом типе условий – растения при длительном действии стрессовых факторов переходят в фазу истощения, что проявляется в потере устойчивости и преждевременной гибели растений; увеличение уровней техногенных нагрузок ускоряет процессы старения деревьев,
уменьшает продолжительность периодов возрастных состояний от 1,2 до 8 раз [8].
Учитывая способности древесных растений идентифицировать фазу стресса, отражать
сложившиеся условия городской среды, возможно прогнозировать стратегию обеспечения устойчивости городских насаждений путем создания базы данных на основе биоиндикационных
исследований наиболее информативных видов, систематизации проявлений видовых особенностей отклика и характера ответных реакций растений на техногенные воздействия, что обеспе-
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
419
чит накопление многокритериальной индикаторной информации. Полученные данные обеспечивают научно обоснованный подход к формированию системы озеленения городов и индикации экологического состояния городской среды крупных промышленных центров Сибири.
Литература
1. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем / Под. Ред. Р. Шуберта. – М.: Мир, 1988. –
350 с.
2. Ярмишко В. Т. Биологические основы индикации состояния лесных экосистем в условиях
техногенеза на Европейском Севере / Охрана лесных экосистем и рациональное использование
лесных ресурсов. – М.: МГУЛ. – 1996. – с.5 – 7.
3. Урманцев Ю.А., Гудсков Н.Л. Проблемы устойчивости растений в трудах А.П.Генкеля// Физиология растений. 1986. Т.33, № 5. С.793-801.
4. Пшеничникова Л.С. Биоиндикация лесных экосистем. Красноярск: СибГТУ, 2004. – 111 с.
5. Морозова Ю.Г. Растения в урбанизированной среде. Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. ун-та.
2003. 104 с.
6. Николаевский В.С. Биомониторинг , его значение ироль в системе экологического мониторинга и охране окружающей среды // Методологические и философские проблемы биологии. –
Новосибирск: Наука, 1981. С.341-354.
7. Судачкова Н.Е. Состояние и перспективы изучения влияния стрессов на древесные растения// Лесоведение. 1998. №2. с. 3 – 9.
8. Авдеева, Е.В. Рост и индикаторная роль древесных растений в урбанизированной среде
[Текст] / Е.В. Авдеева. – Красноярск: СибГТУ, 2007. - 361 с.
Мониторинг зеленых насаждений на территории городской больницы
им. Карповича в городе Красноярске
Т.Ю. Аксянова, А.А. Россинина
Сибирский государственный технологический университет.
г. Красноярск, пр. Мира, д. 82
Существует множество факторов, влияющих на безопасность жизнедеятельности человека.
Зеленые насаждения играют в этой важной проблеме не последнюю роль и призваны выполнять ряд функций, среди которых следует отметить санитарно-экологическую и эстетическую.
Значение зеленых насаждений очень велико и определяется их влиянием на микроклиматические условия окружающей среды. Благодаря зеленым насаждениям температура воздуха
летом снижается, а зимой – повышается, увеличивается влажность воздуха и уменьшается скорость ветра. В зоне озеленения уменьшается интенсивность шума на 30-40%. Ветрозащитное
действие деревьев распространяется на расстояние, в 10 раз превышающее их высоту [1].
Озеленение территорий больниц преследует цель создания благоприятных условий для отдыха и восстановления здоровья больных. Зеленые насаждения на территории городской больницы должны занимать не менее 50% ее общей площади. Назначением насаждений на территории больницы является создание наиболее благоприятных санитарно-гигиенических условий
для лечебных процедур на открытом воздухе, улучшение режима инсоляции внутренних помещений в лечебных корпусах и защита этих помещений от ветра и пыли; разграничение территории на различные по функциональному назначению участки; изоляция проездов от основной территории и т.д.
При озеленении территории больниц следует подбирать разнообразные по форме и цвету
растения, объединять их в ландшафтные композиции, доставляющие человеку эмоциональный
и физический комфорт [2].
Объектом обследования зеленых насаждений является территория больницы скорой медицинской помощи им. Н.С. Карповича (БСМП) в городе Красноярске площадью 14,5 га.
Территория БСМП относится к павильонному типу системной застройки, то есть на территории имеются поликлиника, инфекционное и другие отделения, которые располагаются в от-
420
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
дельных корпусах. На территории больницы предусмотрено следующее функциональное зонирование:
1) зона главного корпуса больницы со сквером у входа;
2) парковая зона;
3) хозяйственная зона - кухня, склад, прачечная, котельная, автостоянка;
4) зона патологоанатомического корпуса.
Последние две зоны обязательно изолируются от остальной территории.
Обследование зеленых насаждений на территории БСМП проводилось в июле 2009 года.
Для удобства проведения мониторинга территория больницы была условно разделена на отдельные участки, границами которых служили дорожки, края площадок, газонов, отмостки
зданий. На ситуационный план территории объекта наносились все существующие насаждения,
им присваивались инвентарные номера. Инвентаризация зеленых насаждений проводилась по
методике В.С.Теодоронского. Одновременно с инвентаризацией была проведена био - экологическая оценка состояния зеленых насаждений по методике, разработанной Я.И. Мулкиджанян и
Л.М. Фурсовой. Данные инвентаризации и оценки состояния зеленых насаждений заносились в
инвентаризационную ведомость.
В итоге проведения мониторинга были выявлены следующие причины реконструкции зеленых насаждений:
1. загущенность рядовых посадок из яблони сибирской, лиственницы сибирской и
групповых посадок сирени обыкновенной;
2. бесструктурность насаждений и отсутствие композиционного решения;
3. потеря декоративности вследствие старовозрастности насаждений;
4. нарушение норм озеленения, а именно, расстояний от стены здания до оси дерева (меньше нормативного, равного 5 м).
Защитные периметральные насаждения представлены смешанными рядовыми посадками
из тополя бальзамического, березы бородавчатой и яблони сибирской и находятся в плохом
состоянии (наличие механических повреждений, взаимное угнетение и кроноконкуренция, засорение порослью клена ясенелистного).
Однако, на территории больницы встречаются насаждения, состояние которых признано хорошим и удовлетворительным. Рекомендованы различные виды уходов за растениями, такие как
внесение удобрений, формовочная (яблоня, тополь), омолаживающая (сирень) и санитарная (яблоня, клен) обрезки, формирование приствольных кругов возле растений в молодых посадках.
Состояние травянистого покрова признано удовлетворительным. Общая площадь газона
составляет 5400 м2. Газонное покрытие представлено разнотравьем, в состав которого входят:
мятлик луговой, овсяница луговая, райграс пастбищный, пырей обыкновенный и др. Газон засорен и требует частичного ремонта.
Общая площадь цветников составляет 108 м2. Цветочное оформление представлено в виде
одной клумбы на территории входной зоны. Ассортимент представлен сальвией сверкающей,
кохией веничной, лобулярией морской, тагетесом отклоненным. Цветник выполнен в регулярном стиле. Состояние цветочного оформления оценивается как хорошее. В дальнейшем рекомендуется увеличить площадь цветников и разнообразить ассортимент декоративных травянистых растений.
При проведении мониторинга зеленых насаждений на территории больницы обнаружилось
несоответствие существующей ситуации нормам озеленения. Исходя из нормы озеленения на
территории больниц, которая составляет 30 м² озелененной территории на человека [1], были
произведены расчеты существующей площади озелененной территории, приходящейся на одного человека, она оказалась равной 15 м2/ чел., что в 2 раза меньше нормативной.
В целом, по результатам проведенного обследования, современное состояние объекта
можно оценивать как удовлетворительное. Преобладающими породами являются клен ясенелистный, яблоня сибирская, лиственница сибирская, черемуха Маака и тополь бальзамический.
Рекомендуется дополнить ассортимент древесных растений видами, отличающимися способностью активно выделять фитонциды и отрицательно-заряженные ионы. К таким породам
относятся карагана древовидная, липа мелколистная, ель колючая, можжевельники казацкий и
сибирский, ясень обыкновенный, барбарисы, рябина обыкновенная, калина обыкновенная и др.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
421
Предлагается назначить методы реконструкции зеленых насаждений с использованием закономерностей построения ландшафтных композиций с целью повышения эстетической и эмоциональной ценности, улучшения санитарно-экологической обстановки на территории объекта.
Строительство больниц, ландшафтная организация и благоустройство их территорий должны
осуществляться согласно существующим правилам и нормам.
Литература
1. Боговая, И. О. Озеленение населенных мест: учебное пособие для вузов / И. О. Боговая, В. С.
Теодоронский. - М. : Агропромиздат, 1990. – 239 с.
2. Юскевич, Н.Н. Озеленение городов России / Н. Н. Юскевич, Л. Б. Лунц. – М.: Россельхозиздат, 1986.- 158с.
Теоретические принципы адаптации. Часть I
В.П. Алфёров
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: alferovvp@mail.ru
Значительная часть рабочих и жителей зон с неблагоприятными природно - климатическими условиями подвергаются влиянию экстремально выраженных факторов - сурового климата, профессиональных вредностей, атмосферных загрязнений и т.д. Факторы этой выраженности - частая причина заболеваемости. Это связано с тем, что защитно-приспособительные
реакции организма, направленные против экстремальных факторов, исчерпывают физиологические резервы и начинается поломка функциональных систем, ведущая к предболезни и болезни [5, 6, 7, 8, 9 и др.].
В связи с этим, необходима теория таких защитных и деструктивных процессов, объясняющая закономерности стрессовых потрясений организма и его адаптационной защиты от
экстремальных факторов. Адекватная, практически реализуемая теория такого рода полезна
для патологов, профпатологов и гигиенистов в свете профилактики и лечения болезней адаптации и дизадаптации.
Многочисленные исследования по проблеме адаптационной защиты организма не дают
принципиального ответа на вопрос о физиолого-гигиенической значимости адаптации: приносит ли она ущерб здоровью только в случае своей несостоятельности и поломки или же она,
даже будучи полноценной в плане защиты от адапт-фактора, одновременно изменяет сопротивляемость к другим факторам, отвлекая на себя часть физиологических резервов из соответствующих функциональных систем? Отдельные факты [10] свидетельствуют о случаях подобного изменения резистентности организма при его адаптации к факторам химического профиля. Но вопрос о закономерности (неизбежности) возникновения подобных побочных эффектов
оставался открытым. Решение данной проблемы имеет принципиальное значение: если адаптация закономерно сопровождается негативными побочными эффектами, то она не вполне отвечает стремлению медицины сохранить полноценное здоровье трудящихся и выдвигает необходимость учета и коррекции указанных эффектов.
В наших исследовательских работах мы стремились решить вопрос о существовании и закономерностях возникновения побочных эффектов адаптации, а также определить принципиальную возможность разработки мер предупреждения и рациональной терапии нарушений здоровья, вызываемых побочными эффектами. С этой целью изучены два вида адаптации - к экстремально жаркому микроклимату и к дыханию воздухом, загрязненным промышленными выбросами в концентрациях, многократно превышающих ПДК.
Изучено функциональное состояние организма и заболеваемость у металлургов - у двух
опытных групп (огнеупорщики и разливщики стали) и у двух контрольных групп (ИТР и служащие, слесари). Рабочие опытных групп заняты физическим трудом, подвержены систематическому влиянию нагревающего микроклимата рабочих мест (температуры воздуха до 50-60°С,
422
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
лучистое тепло до 10-12 кал/см2·мин.) и высоких концентраций пыли и газов вдыхаемого воздуха (до 182-546 мг/м3 пыли, до 9 мг/м3 окиси углерода, т.п.), низкочастотного шума (до 118
дб) и местной вибрации различной интенсивности.
Выяснено, что адаптационное состояние организма и создавшие его изменения функциональных систем обеспечивают не только устойчивость организма к вызвавшему его причинному фактору (адапт-фактору), но и одновременно изменяют устойчивость организма к другим
факторам. С формальной точки зрения, возникшая таким образом попутная адаптация является
кросс-адаптацией; она бывает положительной или отрицательной – в зависимости от того, повышается при ней устойчивость к соответствующему фактору или понижается.
Положительная кросс-адаптация развивается, как правило, для факторов аналогичных или
гомологичных основному адапт-фактору, а отрицательная – к факторам-антиподам. Так, в результате адаптации к нагревающему микроклимату возникает положительная кросс-адаптация
к фактору аналогичного действия на организм – к гипоксии; а к фактору-антиподу – к холоду –
вырабатывается отрицательная кросс-адаптация.
Нами произведен методологический анализ литературных данных об адаптациях к другим
стрессогенным адапт-факторам. Обобщая цикл наших исследований по этой проблеме, мы создали принципиальную теорию адаптации. Её суть представлена здесь в виде системы постулатов.
Обобщая сведения по изученным нами и по другим адаптациям организма, мы выявили,
что в сущностном процессе каждой адаптации, т.е. в её адаптогенезе, всегда задействована
профильная функциональная система, чье функциональное назначение соответствует природе
адапт-фактора. Причем в составе этой же системы находится функция-поставщик (или проводник), через которую адапт-фактор проникает в организм. В этой же системе находится и та
константа гомеостаза (т.е. внутренней среды организма), которая несовместима с чрезмерным
проникновением адапт-фактора в организм и потому она безусловнорефлекторным путем ограничивает допустимую степень их контакта.
В процессе формирования адаптации эта лимитирующая константа подвергается изменению (смещается, становится менее жесткой). Её смещение образует функциональную брешь –
locus minoris resistentiae («слабое место сопротивляемости»), где функциональные возможности организма сокращены и есть риск возникновения заболевания или другого негативного явления. То есть, значение сдвига константы двоякое: с одной стороны, он полезен и обеспечивает адаптацию, повышая устойчивость организма к адапт-фактору, а с другой – снижает устойчивость организма к какому-то другому фактору в области упомянутого locus minoris. Возникающие в этом месте болезни или другие нарушения представляют собой побочные эффекты
адаптации. Они являются проявлениями отрицательной кросс-адаптации или дизадаптации
(расстройства адаптации).
Используя эти формализованные сведения, можно осуществлять принципиальный прогноз
изменений здоровья при оценке новых, еще не испытанных факторов. В результате определяются лишь сущностные, т.е. вызываемые именно процессом адаптации, изменения. При этом
выявляются и побочные эффекты адаптации. Порядок прогнозирования представлен в [13].
Литература
1. Алфёров В.П. Гигиеническая характеристика контингентов с выраженными явлениями адаптации организма/ Бицентры России: прошлое, настоящее, будущее: м-лы межрегион. научнопракт. конф.- Том 2.- Новомосковск, 11-12.10.2002г.-Тула: изд-во Тул.гос.пед.ун-та, 2002.С.130-136.
2. Алфёров В.П. Приспособительные изменения организма у рабочих, адаптированных к нагревающему микроклимату и загрязненному воздуху/ там же.- С.136-142.
3. Алфёров В.П. Физиолого-гигиеническая оценка явлений адаптации у металлургов /там же.С.142-147.
4. Алфёров В.П. Явления кросс-адаптации и их побочные эффекты /там же.-С.147-150.
5. Сидоренко Г.И. Захарченко М.П. Беляев Е.Н. и др. Проблемы гигиенической донозологической диагностики в современной профилактической медицине / Методологические и методические проблемы оценки состояния здоровья населения. - СПб, 1992. - с.4-6.
6. Горизонтов П.Д. // Вестн. АМН СССР. - 1979. - №11. – с.12-16.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
423
7. Гаркави Л.Х., Квакина Е.Б., Уколова М.А. Адаптационные реакции и резистентность организма. –Ростов-на-Дону, 1977.
8. Казначеев В.П., Баевский Р.М., Берсенева А.П. Донозологическая диагностика в проекте
массовых обследований населения. – Л., 1980.
9. Сидоренко Г.И. // Гиг. и сан.. – 1983. - №3. – с. 4-7.
10. Люблина Е.И., Минкина Н.А., Рылова М.Л. Адаптация к промышленным ядам как фаза интоксикации. – Л., 1971.
11. Артамонова В.Г., Шаталов Н.Н. Профессиональные болезни. – 2-е изд. – М., 1988.
12. Потоцкая И.И. // Патологическая физиология / Под ред. Н.Н. Зайко. – 2-е изд. – Киев.
1985.– с. 332-362.
13. Алферов В.П. Принципы адаптационной перестройки организма работника, вызываемой
экстремально выраженной профессиональной вредностью // Машиностроение и безопасность
жизнедеятельности. Вып. 5 – М: Изд-во Машиностроение, 2008 – с. 5-13.
Теоретические принципы адаптации. Часть II
В. П.Алфёров
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: alferovvp@mail.ru
Для того чтобы исследователи феномена адаптации могли прийти к единому мнению и
общей теоретической концепции, следует определиться с отправными позициями. В качестве
таковых мы предлагаем наши ниже приведенные постулаты. Они отражают нашу универсальную теорию адаптации.
ПОСТУЛАТЫ
- факторы окружающей среды, труда и быта имеют умеренную либо экстремальную выраженность; /1/
- организм обладает полной готовностью приспосабливаться к умеренно выраженным
факторам среды; приспособление к таким факторам осуществляется за счет обычных функциональных сдвигов (физиологических флюктуаций), которые не следует называть адаптацией; /2/
- человек обладает лишь потенциальной способностью приспособления к экстремально
выраженным факторам среды;
реализация этой способности осуществляется путём стрессовой адаптации функциональных систем;
/3/
- стресс - это состояние общего адаптационного синдрома, предшествующее адаптации и
вызывающее запуск адаптационных механизмов;
/4/
- стрессовая адаптация - это процесс специфической перестройки недостаточно эффективной функциональной системы;
в ходе этого процесса система дополняется новым функциональным элементом и тем самым повышается её эффективность; стрессовая адаптация наблюдается в условиях экстремально выраженного адапт-фактора и приходит на смену состоянию стресса;
/5/
- компенсация - это явление замещения несостоятельной функции, которая в экстремальных условиях не может обеспечить приспособление адаптирующейся функциональной
системы;
компенсация - это возместительная дотация к несостоятельной функции (или системе) в
виде подключения к ней новой – возмещающей – функции; компенсация - сущностный механизм адаптации;
/6/
- стрессовая адаптация может иметь две фазы: нормальную и патологическую; в первой
фазе компенсация осуществляется включением возмещающей функции, взятой из смежной
функциональной системы, во второй фазе – включением функции, принадлежавшей несмежной системе;
/7/
- в патологическом фазе адаптации организм приспосабливается к экстремальному сдви-
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
424
гу "несущей" функции (например, к высокому давлению крови при возникновении гипертонической болезни);
/8/
- критерием различия нормальной и патологической фаз адаптации является возможность дизадаптации при прекращении контакта организма с адапт-фактором; в нормальной фазе такая возможность имеется, а в патологической - нет; необратимость компенсации в патологической фазе обусловлена наличием возмещающей функции из побочной функциональной
системы; эта функция играет роль стабилизатора;
/9/
- предболезнь - это состояние формирования второй – патологической - фазы адаптации;/10/
- болезнь - это состояние уже сформировавшейся второй фазы адаптации, характеризующееся необратимостью компенсации при возврате организма в условия умеренной выраженности факторов окружающей среды;
/11/
- задача профилактики состоит в том, чтобы прервать прогрес-сирование адаптационного
процесса, не допустить возникновения предпатологии;
/12/
- патогенетическое лечение болезней - это лечение с устранением стабилизирующей
функции из функциональной системы;
/13/
- вся физиологическая активность функциональных систем организма носит приспособительный, реактивный характер и потому все изменения в организме – флюктуационные и
адаптационные - являются реакциями организма на изменения среды; можно различать реакции функций и функциональных систем.
/14/
Изложенная система взглядов позволяет четче охватить накопленные данные об адаптации
в единую теоретическую концепцию и будет полезна в исследовательской и врачебной работе.
Изучение кумулятивной способности лишайника
Hypogymnia Physodes по отношению к ТМ
И.С. Бирюков, Е. В. Самылина
ГОУ ВПО “Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева”.
Владимирская обл., г. Ковров, ул. Маяковского, 19, E-mail: eksamylina@yandex.ru
Одним из эффективных направлений индикационной экологии является лихеноиндикация–
метод, использующий лишайники в качестве чувствительного биоиндикатора. Новизной настоящего исследования является изучение накопления ТМ лишайником Hypogymnia Physodes,
произрастающего в Ковровском районе Владимирской области, как в одном из типичных районов центрального региона РФ. В лишайниках в больших концентрациях способны накапливаться различные загрязнители (в частности ТМ), и химический анализ может выявить аномалии по какому-либо веществу. Кумулятивная способность зависит от вида лишайника, а также
от региона его произрастания. Так как различные условия окружающей среды варьируют по
всей территории России, то это откладывает отпечаток на химический состав, фенотип лишайников, принадлежащих даже к одному виду. Следовательно, состояние лихенофлоры является
одной из индивидуальных характеристик регионов России. Результаты, проведенного нами химического анализа лишайника Hypogymnia Physodes, и данные о работе сотрудников СО РАН
[5] обобщены в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение данных химического анализа лишайника Hypogymnia Physodes.
Элемент
Fe
Mn
Pb
Zn
Ni
Cd
Содержание
в
пробе,
мг/кг
115
38
3,6
62
1,0
0,3
Min, max фон. концентрации
ЗПП ”Сибирские Увалы”,
мг/кг [5]
12…435
53…782
1,1…3,9
56…195
1,0…1,4
0,19…0,42
АР фонового содержания
в ЗПП ”Сибирские Увалы” (max/min)
36,3
14,8
3,5
3,5
1,4
2,2
АР кларкового
содержания в
земной коре [1]
24,8
32,4
20
8,67
1000
16,7
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
425
металл
Следует разделять естественное и антропогенное попадание металлов в окружающую среду и в лишайник. Антропогенное объясняется широкой человеческой деятельностью, а естественное - разрушением и размывом геологических пластов, вмещающих водоносные горизонты,
т.е. поступлением ТМ непосредственно из пород, слагающих ландшафт. Металлы мигрируют
из материнской породы в почву, а затем из почвы различными путями в лишайник. В основу
этого утверждения положен закон, сформулированный Алексеенко В.А. [1]. Согласно ему
“геохимическое поведение химических элементов (их соединений) в биосфере (содержание,
распределение, а часто и форма нахождения в отдельных частях ландшафта) определяется в
основном ландшафтно-геохимическими особенностями данного участка биосферы”. Для того,
чтобы связать распределения элементов в живых объектах и ландшафте был использован коэффициент биологического поглощения - Кб. Эта величина представляет собой отношение содержания элемента в золе к содержанию его в горных породах [2]. Исследования Добровольского В.В. [2] показали, что этот коэффициент независимо от строения материнских пород и
мощности рыхлого покрова достаточно точно выполняется. В таблице 2. представлены данные
Кб для различных элементов.
Таблица 2. Сравнение Кб лишайника Hypogymnia Physodes и среднего Кб растительности.
Mn
Zn
Pb
Ni
Cd
Содержание
в пробе,
мг/кг
38
62
3,6
1,0
0,3
Пересчет на
золу, мг/кг
760
1240
72
20
6
Вероятное содержание
в материнской породе,
мг/кг [1], [4].
1658
33
16
30,9
0,13
Кб лишайника
Hypogymnia
Physodes
0,46
37,6
4,50
0,65
46
Кб
растительности
в мире [2]
6,86
19,6
3,73
1,54
0,63
Для расчета Кб были использованы данные таблицы 1 и результаты геохимического изучения Окско-Цнинского вала (ОЦВ), пересекающего Владимирскую область с севера на юг [4]
(а также материалы [1]). Как видно из таблицы 2, тяжелые металлы неодинаково захватываются
разными растениями, но общие закономерности довольно четко прослеживаются. Это касается
в первую очередь цинка, характерного тем, что большинство растений самых разных видов
склонны к его кумуляции. Роль этого элемента в метаболизме растений изучена недостаточно.
Кб свинца достаточно велик. В таблице Менделеева свинец очень далеко расположен от
линии жизни - K-C-Fe [1], что свидетельствует о том, что его роль в метаболизме живых существ либо отсутствует, либо очень мала. Но в силу своих особенностей свинец выводится из
живых организмов крайне медленно. Он интенсивно накапливается в корковых покровах лишайника в связанных и пассивных формах. Можно предположить аналогичные рассуждения
относительно Cd. Марганец накапливается в лишайниках в меньшей степени, чем в высших
растениях. Никель довольно слабо захватывается растительностью и лишайниками. Это подтверждают и исследования Закутновой В.И. и Пилипенко Т.А, проведенные для лишайников
Астраханской области [3].
Различные металлы могут поступать в растения и лишайники двумя главными способами:
через почву и через атмосферу. Эти пути связаны между собой и взаимно обуславливают друг
друга. Почва является одной из самых инерционных природных сред. Кумулятивные способности почвы по отношению ко многим поллютантам определяются содержанием в ней гуминовых кислот. Накопленные почвой ТМ и другие загрязнители различными путями поступают в
поверхностные и подземные воды, в воздух, в растения. В атмосферу ТМ непосредственно поступают в виде выбросов предприятий, дыма от сгорания мусора и выхлопов машин. Состав
микрочастиц пыли в воздухе главным образом определяется составом почвы этой местности.
Такая пыль содержит накопленные почвой вещества и на ней же адсорбируются выхлопы автомобилей, различные техногенные аэрозоли. Лишайник поглощает вещества всей поверхностью таллома, активно взаимодействуя с атмосферным воздухом, пылью, почвенными коллоидами, аэрозолями, смогом городов, дымом от выхлопов машин и золой пожаров [1].
Специфические вещества, вырабатываемые лишайником, способны постепенно растворять
минеральный субстрат, на котором они произрастают, выступая тем самым одной из сил почвообразования. Можно предположить, что такие вещества способны постепенно растворять и верхние
отмершие участки коры деревьев. Это еще один возможный путь поступления ТМ в лишайник.
426
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
Проведенный химический анализ лишайника Hypogymnia Physodes показал различные кумулятивные свойства этого вида по отношению к ряду тяжелых металлов. Высокое содержание
в лишайнике и накопление в его структурах свинца, кадмия свидетельствует о больших угрозах
для здоровья населения, так как эти элементы активно мигрируют в экосистеме и могут оказаться в питьевой воде, во вдыхаемом воздухе, в продуктах питания. Железо и марганец являются загрязнителями естественного характера, обусловленного геологическими характеристиками Владимирской области.
Литература
1. Алексеенко, В. А. Жизнедеятельность и биосфера [Текст]/В. А. Алексеенко -М.: Логос,
2005.– 232с.
2. Добровольский, В.В. География микроэлементов: Глобальное рассеяние [Текст] / В.В. Добровольский. - М.: Мысль, 1983. – 272 с.
3. Закутнова, В. И. Влияние тяжелых металлов на лишайники [Текст] / В. И Закутнова Т. А.
Пилипенко // – Астрахань: ВЕСТНИК ОГУ. - 2004. -№12.
4. О состоянии окружающей природной среды и здоровья населения Владимирской области в
2002 году. Ежегодный доклад [Текст] / С.А. Алексеев; Под ред. С.А. Алексеева; Владимир,
2003. - 188 с.
5. http://nrsabun.narod.ru/index.htm
Распределение ветровых потоков в городе Муром
с точки зрения контроля экологической обстановки
В.В. Булкин
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: lwb@mivlgu.ru
Начиная с середины ХХ в. всё чаще стали звучать предупреждения о возможных серьёзных климатических изменениях, обусловленных, как правило, антропогенно-техногенными
причинами. Ускоренный рост городов, индустриализация, развитие автотранспорта, других источников загрязнения атмосферы, побудили исследователей приступить к более детальному
изучению климата урбанизированных пространств. Полученные результаты показывают, что в
городских условиях: в 5…25 раз больше примесей в воздухе, на 5…10% больше количество
осадков, на 0,5…0,8оС выше температура, на 20…30% меньше средняя скорость ветра, на
5…20% больше количество штилей. А поскольку воздушная среда является наиболее подвижной из всех природных сред, очевидно, что такие изменения неизбежно сказываются и на нарушении экологического баланса города, в частности – на характере распространения загрязняющих веществ (ЗВ).
Аэродинамическая обстановка в зоне оказывает реальное воздействие на характер распространения ЗВ от источника выброса. Известно, что на повышение концентрации ЗВ в городской
черте существенное влияние оказывает т.н. «застой», т.е. невысокая скорость (<10 м/с) перемещения воздушных масс. С этой точки зрения наибольшую опасность представляют такие состояния ветровых перемещений, как штиль (скорость ветра 0…0,5 м/с), тихий (0,6..1,7 м/с) и
лёгкий (1,8…3,3 м/с) ветер.
В докладе проведён анализ распределения направления ветровых потоков в юго-восточной
части города Мурома за 2006…2007 г.г. и рассмотрена потенциальная опасность поражения ЗВ
жителей города в случае возникновения чрезвычайной ситуации в промышленной зоне.
Обобщённая за 2006-2007 г.г. роза ветров показывает, что в юго-восточной части Мурома
доминирующими являются ветра южного и северного направлений при некоторой доле отклонений в западном и восточном направлениях. Ветра западного направления проявляются только в летний (тёплый) период года с максимумом в июле.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
427
Скорость и направление ветра в существенной степени зависят от совокупности характеристик, таких, как «шероховатость» подстилающей поверхности и наличие «неровностей». В
условиях урбанизированного пространства, когда имеют место регулярные чередования высоких препятствий (жилые и технические здания) и определённым образом ориентированных
пространств, лишённых застройки (дороги), уровень турбулентности перемещения воздушных
масс (при снижении скорости перемещения) существенно повышается.
Если рассматривать расположение города и возможное влияние зафиксированного распределения ветровых потоков на уровень риска распространения ЗВ на городскую территорию,
следует сразу обратить внимание на то, что наиболее часто повторяются ветра зоны южной зоны (SW-SSE). А именно с южной стороны города расположены промышленные предприятия.
Имеет место и западное расположение промышленных предприятий, что несёт потенциальную
опасность в летний период, когда, как уже отмечалось, зафиксированы ветра именно западного
(W) направления.
Возможность образования «застоя» проанализируем по превышению мгновенных значений скорости ветра и частоте превышения определённого порога. Всего за 2006-2007 г.г. было
зафиксировано порядка 100 порывов ветра, превышающих уровень 12м/с, что, в соответствии с
общепринятой шкалой соответствует таким характеристикам, как «сильный ветер», «шторм» и
т.д. (2006 г. – 58, 2007 г. – 42 случая). Приведённые цифры говорят о достаточно спокойной
ветровой обстановке в г. Муроме за указанный период, т.е. о возможности образования «застойных» явлений.
Таким образом, можно сделать вывод: в случае возникновения чрезвычайной ситуации в
промышленной зоне Мурома и выброса ЗВ уровень потенциальной опасности поражения для
жителей города достаточно высок.
Вопросы БЖД при эксплуатации авиационных ГТД
В.Ю. Виноградов, А.А. Сайфуллин, Н.В. Виноградова, О.Т. Джанибеков
Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева
В основу теоретических вопросов БЖД положена аксиома, что любое взаимодействие человека со средой обитания потенциально опасно. Ее справедливость можно проследить на всех
этапах развития системы "человек- среда обитания". Так, на ранних стадиях своего развития
(система "человек-ПС"), когда отсутствовали технические средства, человек испытывал значительные воздействия опасных и вредных факторов естественного происхождения (например,
повышенная и пониженная температура воздуха, атмосферные осадки, грозовые разряды, контакты с дикими животными и т.п.). Сейчас, (система "человек-техносфера") к естественный
прибавились многочисленные факторы антропогенного происхождения (например, шум, повышенная концентрация токсичных веществ в воздухе, водоемах и почве, ионизирующие излучения, электромагнитное поле и др.). Эта аксиома также предопределяет, что все действия человека и все компоненты среды обитания (прежде всего ТС и технологии) кроме позитивных
свойств и результатов обладают способностью генерировать опасные и вредные факторы. При
этом любое позитивное действие неизбежно сопровождается возникновением новой потенциальной опасности или даже группы опасностей (например, при применении электрической,
атомной или лазерной энергий; автомобилей, тепловозов и самолетов).В результате взаимодействия человека со средой обитания наблюдаются: 1) рост числа травмируемых и погибших, как
на производстве, так и в быту; 2) сокращение продолжительности жизни, особенно среди мужчин; 3) возрастание материального ущерба, как на производства, так и в быту и (или) ПС. Хозяйственная деятельность человека также связана с получением огромных отходов (в Россия и
развивающихся странах из 40 кг сырья только 10 кг превращаются в полезную продукцию),
которые загрязняют атмосферу, гидросферу и литосферу, что, конечно, нарушает устойчивое
развитие как природных, так и искусственных экосистем. Кроме того, человек взаимодействует
со средой обитания посредством той или иной машины, которая может иметь свои какие-то
опасные и вредные факторы. Последние при определенных условиях могут воздействовать как
428
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
на человека, так и среду его обитания. А неконтролируемый выход энергии, ошибочные и несанкционированные действия человека и различные явления в процессе испытаний авиационной техники (отказы) могут стать причиной возникновения и развитая ЧС как антропогенного,
так и природного характера. Эти ситуации характеризуются своими опасными и вредными
факторами, которые сильно воздействуют как на человека, так и на окружающую среду. Они
являются главными негативными факторами которые имеют значительный энергетический
уровень и более мощно действуют на человека и среду его обитания.
Таким образом, в процессе взаимодействия человека со средой обитания налицо сложная
многоуровневая система "человек-среда обитания-машина- Двигатель - ЧС- ", каждый уровень
которой несет свои опасные и вредные факторы соответствующего энергетического уровня. Об
этом должен помнить будущий специалист- испытатель который должен обеспечивать оптимальное взаимодействие человека со средой обитания.
Экспертная роль компьютерного комплекса на очистных сооружениях
О.А. Дмитриева, С.А. Понкратова, В.М. Емельянов
Казанский государственный технологический университет,
Казань, ул. К.Маркса 68,
E-mail: kiberponk@front.ru
Основная масса сточных вод очищается на биологических очистных сооружениях (БОС).
Для характеристики работы сооружений биологической очистки гидробиологический анализ
имеет существенное значение, поскольку определяет состав, количественное распределение и
своеобразие организмов активного ила – потребителей поступающих на очистку загрязняющих
веществ. Диагностика состояния активного ила и выявление причин, неблагоприятно на него
воздействующих - центральная задача при эксплуатации сооружений биологической очистки.
Из сказанного выше вытекает необходимость в постоянном мониторинге активного ила
БОС. Ведение такого мониторинга невозможно без автоматизированных интеллектуальных
систем. Наиболее распространенным видом интеллектуальных систем являются экспертные
системы (ЭС). Структура экспертной системы за последние годы стала довольно устойчивой.
Согласно [1] экспертная система должна содержать следующие элементы: базу знаний, редактор базы знаний, базу данных о состоянии объекта, редактор базы данных, модуль логического
вывода, модуль объяснения вывода, интерфейс пользователя и модуль помощи, необходимый
для любой сложной программной системы.
Целью этапа определения знаний являлось выяснение требований к знаниям, содержащимся в ЭС. Этап определения знаний состоял из решения двух основных задач: идентификация и
выбор источника знаний; приобретение, анализ и извлечение знаний. В качестве ключевой выделим проблему извлечения знаний. Здесь решались следующие проблемы: выработка общего
кода, т.е. составление словаря терминов предметной области с предварительной группировкой
их по смыслу; формирование понятийной структуры и формирование словаря пользователя.
База знаний биоиндикаторов сформирована на основе атласа «Фауна аэротенков» [2], а
также по результатам работ, выполненных на кафедре химической кибернетики КГТУ в рамках
тем, связанных с водоочисткой. Мониторинг активного ила биологических очистных сооружений (БОС) был проведен на следующих предприятиях: ОАО «Казанский завод СК», ОАО «Казаньоргсинтез», ПО «Казанский оптико-механический завод», городские очистные сооружения
г. Казани.
Морфологическая, биохимическая оценка активного ила позволяет судить о существенных
параметрах процесса очистки. Большое число не агломерированных в хлопки бактерий свидетельствует о кратковременных залповых нагрузках. Наличие большого числа факултативноанаэробных организмов говорит о дефиците кислорода, бедный видовой состав является следствием преобладания в сточных водах субстрата одного вида, в условиях полной биологической очистки в илах преобладают кругло- и брохореснитчатые инфузории и коловратки, в незначительном количестве присутствуют бесцветные жгутиковые и амебы [3].
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
429
Обычно способ представления знаний в ЭС характеризуется моделью представления знаний. Наиболее развитым способом представления знаний в ЭС является объектноориентированный подход. В его основе лежат понятия объект и класс. Объект обладает индивидуальностью и поведением, имеет атрибуты, значения которых определяют его состояние.
Каждый объект является представителем некоторого класса однотипных объектов.
Создание базы знаний осуществляется на языке CLIPS, предоставляющем объектноориентированные возможности. CLIPS состоит из интерактивной среды – экспертной оболочки
со своим способом представления знаний, гибкого и мощного языка и нескольких вспомогательных инструментов.
Литература
1. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. – М.: Химия, 1995. – 367 с.
2. Атлас "Фауна аэротенков". - Л.: Наука, 1984. - 264 с.
3. Изжеурова В.В. Биотехнологические аспекты очистки нефтесодержащих сточных вод / Изжеурова В.В., Павленко Н.И. // Химия и технология воды. – 1995. – т.17, №2. – с. 181-197 – М.:
Ассоциация строительных вузов, 2006. – 704 с.
Интенсивность движения автотранспорта в г. Коврове
и оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха
Е.М. Елисеева, А.М. Кокорин
ГОУ ВПО “Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева”.
Россия, 601910, Владимирская обл. г.Ковров, ул. Маяковского, 19.
E-mail: elena_eliseeva@list.ru
Известно, что основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются тепловая энергетика, промышленные предприятия и автомобильный транспорт. Причем, последний в городских условиях, служит наиболее мощным загрязнителем атмосферы.
Загрязнение воздуха отработанными газами автомобилей отличается значительной неравномерностью в пространстве и во времени. Поэтому очень важен детальный и оперативный
учет интенсивности и структуры транспортных потоков [1].
Целью проведенной работы стало определение интенсивности движения автотранспорта и
расчета уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта по
концентрации окиси углерода на улицах г.Коврова за период с 2003 по 2009 гг.
Ковров является крупным оружейным и промышленным городом, вторым по значению во
Владимирской области. В центральной части города расположены улицы с весьма интенсивным движением как автомобилей, так и людского потока. На окраине города имеются спальные
районы, движение в которых менее интенсивное.
Город предварительно был разделен на несколько участков, включающих как центральные, так и спальные районы. В каждом из них была выбрана наиболее значимая для района
улица, на которой и проводились наблюдения. Весь автотранспорт, проехавший мимо створа,
регистрировали по типу и общему количеству.
В работе проанализированы данные по осеннему периоду 2003 года, зимне-весеннему (до
месяца март) - за 2005 год и осеннему – за 2009 год. Были определены несколько показателей, а
именно, - тип автомобиля, тип местности по степени аэрации, продольный уклон, скорость ветра, относительная влажность воздуха, тип пересечения дорог. Полученные данные после обработки и необходимых расчетов по определению концентрации окиси углерода в атмосферном
воздухе [2] сравнивали со значением ПДК оксида углерода (II), которая составляет – 5мг/м3 [3].
Согласно полученным данным интенсивность движения автотранспорта по выбранным
улицам изменялась в течение всего рассматриваемого периода. Это связано как с периодическим изменением качества дорожного покрытия, так и с развитием городской жизни (открытие
новых магазинов, складов). Последнее способствовало увеличению интенсивности движения
автотранспорта в 2009 году на 5–7 % (по сравнению с 2005 годом) на дорогах, напрямую связан-
430
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
ных с центральной улицей и двумя объездными. Также наблюдалось увеличение количества общественного транспорта, в частности маршрутных автобусов, доля внесения загрязнения, в атмосферный воздух, которых также не малозначима. В среднем увеличение произошло на 3-7%.
На участках, расположенных на окраине города, поток автотранспорта ниже на 12 – 15%,
чем на улицах в центральной части города за весь период наблюдения. Это объясняется в первую очередь большей активностью городской жизни именно в центре города и прилегающих к
нему районов.
Процентный состав автотранспорта за период изучения (осень 2003 – зима-весна 2005 –
осень 2009) тоже изменялся. Так доля легкового транспорта на 2009 год составила 76,1%, доля
среднегрузового транспорта 10,2%, доля грузового 3,96%, а на автобусы пришлось 9,74% от
общего количества автомобилей. По отношению к прошлым годам произошло увеличение доли
легкового транспорта и автобусов. В среднем эти значения изменились в пределах 2,5 – 15 %.
В зимне-весенний период отмечалось снижение количества легкового транспорта на 5-7%
по сравнению с осенним. В этот период многие водители реже пользуются своим личным
транспортом, а ставят его в гаражи до исчезновения снежного покрова весной.
За все время наблюдения высокая интенсивность движения автомобилей отмечалась на
центральной улице, что послужило причиной превышения концентрации ПДК в 2 и более раза
(так в спальных районах концентрация окиси углерода ниже нормы ПДК на 38%, а на центральной улице превышает на 135%).
Особенностью проведения данного исследования в 2009 году стало определение интенсивности движения автотранспорта в будние и выходные дни, а также в утренние (с 6.30 до 7.30 - в
будние дни и с 8-30 до 9-30 – в выходные) и вечерние часы (с 18-30 до 19-30). Было выявлено,
что в выходные дни интенсивность движения автотранспорта выше на 10-15%, нежели в будние.
Высокая интенсивность движения автотранспорта влечет за собой и увеличение выбросов
окиси углерода в атмосферный воздух. что еще более вызывает превышение ПДК. Нами было
отмечено превышение ПДК на 20-25% в выходные дни. В будние дни также было превышение
значения ПДК на 3-8%.
В пределах нормы, на протяжении всего рассматриваемого периода динамики, остаются
улицы спальных районов, интенсивность движения на которых повышается лишь незначительно в отдельные промежутки времени, когда горожане уезжают на работу или возвращаются
домой. Это происходит в утреннее время с 7-00 до 7-30 и вечером. Однако вечером четкой временной границы увеличения интенсивности потока автотранспорта установить не удалось.
Результаты исследования так называемых районов – связок, соединяющих несколько маршрутов и являющихся жизненно-необходимыми, показали, что они имеют большую интенсивность как в дневное, так и в вечернее время.
В целом на протяжении всего анализируемого периода времени, наблюдалась тенденция
преобладания грузопотока в вечернее время. Превышение ПДК произошло на 4-11%. Скорее
всего, это связано с использованием горожанами транспорта в личных целях после завершения
трудового дня.
Экологическая ситуация на сегодняшний день складывается неблагоприятным образом,
что заставляет применять к её разрешению все средства. Есть надежда, что постоянная работа
над проблемой и использование самых современных технологий позволит в большей мере
нормализовать экологическую обстановку в городе.
Литература
1. Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие / Под. ред. Т.Я. Ашихминой. М.:
Академический проспект, 2005. – 416с.
2. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб.
пособие для студ. высш. учебн. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.-288с.: ил.
3. ГОСТ 172.2-03-87. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания
окиси углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей с бензиновыми двигателями.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
431
Проблемы поиска альтернативных видов топлива
для сохранения целостности биосферы
Р.С. Кадушечкина
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
Мировое потребление энергии постоянно растёт. Энергетические запросы человечества в
будущем трудно оценить сегодня в полном объёме, однако реальный вклад топливноэнергетического комплекса в изменение биосферы Земли просматривается сегодня весьма отчётливо с точки зрения существования глобальных проблем природного характера. Основными
источниками техногенной энергии являются нефть, газ, уголь. Используемая энергия выделяется при сгорании данных видов топлива с участием атмосферного кислорода, как доступного
природного окислителя. Так, горение считающегося наиболее «экономичным» топлива – природного газа, основную массу которого составляет метан СН4, описывается уравнением:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2 Н2О + теплота
Полное сгорание бензина описывается уравнением:
2 С8Н16 + 25 О2 = 16 СО2 + 18 Н2О + теплота
Полное сгорание угля происходит в две стадии:
2 С + О2 = 2 СО + теплота
2 СО + О2 = 2 СО2 + теплота
Исходя из молекулярных весов участвующих в реакции веществ можно подсчитать, что
для сгорания 1 кг метана требуется 4 кг кислорода, для сгорания 1 кг бензина требуется 3,5 кг
кислорода, для сгорания 1 кг угля требуется 2,7 кг кислорода. Такая масса кислорода изымается
из атмосферы и связывается при полном сгорании топлива в углекислый газ и воду. Сгорание
1 кг природного газа приводит к образованию 2,75 кг углекислого газа и 2,25 кг воды, сгорание 1 кг бензина выделяет в атмосферу 3,14 кг углекислого газа и 1,44 кг воды. При сгорании
1 кг угля выделяется 3,66 кг углекислого газа. За год по предварительным подсчётам добытый
природный газ и продукты нефтедобычи «съедают» около 22 млрд. т кислорода, выбрасывая
одновременно в атмосферу около 18 млрд т. Этот объём кислорода возвращается в атмосферу
лишь частично в результате фотосинтеза.
Процесс горения протекает при температурах порядка 1 тысяча градусов и выше и образующуяся вода выделяется в виде пара. Газообразные вода и углекислый газ влияют на балансовый состав атмосферы, которая обогащается последними при значительном уменьшении количества кислорода. Дальнейшее применение классических видов топлива при-ведёт человечество к тупиковой ситуации, порождая неразрешимые проблемы, связанные с безопасностью
жизни. Малоперспективной видится и водородная энергетика, как экологичная, но водород связывает кислород в воду, которая не разлагается в природных условиях на водород и кислород.
Выход из сложившейся ситуации видится в переходе к энергетике, не нарушающей природный
баланс веществ в атмосфере, тем более такие виды энергии в достаточном количестве поставляет сама природа. Это солнечная энергия, энергия ветра, энергия гидротермальных и геотермальных источников, гидроэлектростанций, приливов и отливов.
Влияние солнечного излучения на живые организмы
М.В. Калиниченко
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что
её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержится ано-
432
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
мально большая доля золота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических
реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения
нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.
Принимая во внимание огромный объём нашего светила, а также сравнительно небольшое
расстояние, отделяющее Солнце от Земли, можно сказать, что Земля находится под непосредственным вполне мощным влиянием центрального тела системы.
Солнце представляет собой колоссальный источник электрической энергии, его воздействие на окружающее пространство может быть разделено на две основных категории: излучения, или радиации, и наведения, или индукции.
Всем известно, что и животным, и растениям очень важен свет Солнца (в частности, это
касается и людей). Некоторые люди просыпаются и бодрствуют только тогда, когда светит
Солнце. Большинство млекопитающих, земноводных и даже большинство рыб ведут активный
образ жизни в светлое время суток. Продолжительность солнечного дня оказывает значительное влияние на жизнедеятельность организмов на Земле.
Влияние Солнца на живые организмы, при современном состоянии знания, еще не может
быть выражено одной универсальной формулой. Если кратко перечислять эффекты влияния
солнечного света на составные части животного организма, то можно сказать, что лучистая
энергия оказывает влияние на клетки, ткани, мышцы, кровь и т.д. Так, например, ультрафиолетовые лучи последовательно сначала возбуждают, а затем угнетают клетки, что объясняется
раздражением плазмы клеток. Под влиянием света происходит повышение окислительных процессов в клетках и усиление газового обмена живой мышечной и нервной ткани. Свет оказывает воздействие на движение мерцательного эпителия пищевода лягушки. Регенерация тканей
протекает несравненно быстрее на свету, чем в темноте. Внутриклеточная жизнь также находится в известной зависимости от света: ультрафиолетовые лучи, при посредстве образуемой
ими перекиси водорода, влияют на диастазы. Воздействием перекиси водорода пытаются объяснить влияние ультрафиолетовых лучей на молоко. Имеются указания о действии солнечного
света на гипобронхиальные железы брюхоногих моллюсков.
Особенно сильное действие на рост, а равно и на другие процессы в клетках и тканях производят короткие световые волны. Следовательно, влияя на жизнь клеток и тканей, свет, без
сомнения, производит не только местный эффект но и оказывает известное воздействие также
на общее состояние организма.
Действие Солнца на человеческий организм, прежде всего, сказывается в изменении химизма кожного пигмента, который играет очень значительную роль в регуляции тепла, в защите организма от болезнетворных агентов и пр. Роль пигмента в связи с влиянием на него света
изучалась большим числом исследователей. Воздействие солнечного света на кожу вызывает
гиперемию сосудов с расширением капилляров. Этот процесс охватывает не одни капилляры
кожи, а проникает в область глубоколежащих сосудов, понижая артериальное давление, что
продолжается в течение всего периода действия света. He все лучи света оказывают на кровяное давление одинаковое влияние. Синий свет повышает кровяное давление сильнее, чем красный и зеленый.
Подвергая тело инсоляции, можно заметить ускорение пульса, которое, если свет Солнца
достаточно интенсивен, наступает минут через 10 от начала экспозиции. Это объясняется быстрым расширением кожных сосудов, побуждающих сердце к ускорению сокращений. Влияя на
кровеносные сосуды, солнечный свет не остается безразличным и к физико-химическим параметрам самой крови. Освещение тела Солнцем вызывает нарастание числа красных кровяных
телец, сопровождаемое пропорциональным увеличением гемоглобина и соответственным
уменьшением пойкилоцитоза. Некоторым ученым в своих работах удалось установить тот
факт, что в первые часы после инсоляции происходит прогрессивное увеличение количества
лейкоцитов, а также полинуклеаров и эозинофилов. Из всего выше сказанного можно сделать
вывод, что влияние света и Солнца не ограничивается одним лишь воздействием на периферические системы организма, а также распространяется вглубь его – вплоть до центров высшей
нервной деятельности.
Тот факт, что солнечный свет играет огромную роль в реакциях организма, выступает фактор-сигнал и как необходимое условие для жизни, был известен целому ряду ученых чуть ли не
со времени Ньютона. Он понимал, какую важную роль играют животворящие силы света. "По-
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
433
средством вибрации этой силы, говорит он в своем знаменитом сочинении, возбуждаются
ощущения, и органы животных приходят в произвольное движение, в то время как эта сила
распространяется от внешних органов чувств по плотным сетям нервных волокон до мозга и
затем из мозга в мускулы".
Сигнальное значение света проявляется в регуляторных адаптациях организмов. Одним из
самых надежных сигналов, регулирующих активность организмов во времени, является длинна
дня, т.е. фотопериод.
Фотопериодизм как явление – это реакция организма на сезонные изменения длины дня.
Длина дня в данном месте, в данное время года всегда одинакова, что позволяет живому организму (животному или растению) определиться на данной широте со временем года, т.е. временем начала цветения, созревания и т.п. Иными словами, фотопериод – это некое «реле времени», или «пусковой механизм», включающий последовательность физиологических процессов в живом организме.
Фотопериодизм нельзя отождествлять с обычными внешними суточными ритмами, обусловленными внешними суточными ритмами, обусловленными просто сменой дня и ночи. Однако суточная цикличность жизнедеятельности у животных и человека переходит во врожденные свойства вида, т.е. становится внутренними (эндогенными) ритмами. Эти ритмы помогают
организму чувствовать время, и эту способность называют «биологическими часами».
Литература
1. Экология. Учебни для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. Изд. 9-е, доп. и перераб. –
Ростов н/Д: Феникс, 2005.
2. Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. Биосфера и жинедеятельность: Учебное пособие. – М.:
Логос, 2002.
Проблемно-ориентированный анализ технологического процесса
или объекта – как основа моделирования происшествий
Н.Ф. Киселев, Л.П. Соловьев
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: center@mivlgu.ru
Этот анализ обычно включает в себя исследование конкретных человеко-машинных систем, определения характера их взаимодействия, как с рабочей, так и с внешней средой, четкое
определение вариантов возможных происшествий, задач и целей исследования. При практической реализации проблемно-ориентированного анализа уточняются структура, свойства и характер взаимодействия всех элементов человеко-машинных систем, определяются все виды
связей, как с рабочей, так и с внешней средой, анализируются все характеристики системы, ее
внешние и внутренние возмущающие факторы, определяются условия возникновения и устранения проблем.
В соответствии с рекомендациями [1] можно предложить следующую структуру проведения проблемно-ориентированного анализа:
а) определение задач проблемно-ориентированного анализа путем выявления опасностей,
которые могут возникнуть при функционировании человеко-машинной системы, в первую очередь, имевших место при происшествиях в аналогичных человеко-машинных системах. Для
определения опасностей, не выявленных ранее, можно использовать формальные методы прогноза, на основании знания сущности физико-химических основ функционирования человекомашинной системы, путем постановки вопросов вида «а что будет, если ... ?».
б) анализ исследуемой системы. Который может включать в себя:
1) определение структуры и состава системы;
2) определение границ системы и ее контактов с окружающими системами;
3) определение условий рабочей и окружающей среды;
434
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
4) определение видов энергии, материалов и информации, проходящих сквозь систему;
5) определение алгоритма функционирования и состояний системы (стадий алгоритма, на
которые возможно проявление идентифицированных опасностей.
6) определение факторов инициирующих нарушения нормального режима функционирования системы и установление их взаимосвязи друг с другом
7) описание используемых предположений и ограничений при проведении анализа.
Особое внимание при проведении анализа необходимо обратить на влияние человеческого
фактора, а именно операторов и обслуживающего персонала, на работу системы. Идентифицируются следующие разнообразные типы ошибочных действий, которые могут иметь место, в
том числе следующие:
а) ошибка по оплошности или недосмотру, к несанкционированному действию. Данную
ошибку практически предсказать невозможно;
б) ошибки несоответствия установленному алгоритму, к которым относятся:
1) требуемое действие выполняется несоответствующим образом;
2) действие выполняется завышенным или заниженным усилием либо с несоответствующей точностью;
3) действие, выполняемое в несоответствующее время;
4) действие выполняется в неправильной очередности;
Выявление ошибок персонала обеспечивают ценный вклад в обеспечение безопасности
даже в том случае, если не проводится количественная оценка.
Литература
1. ГОСТ Р 51901.1-2002. Анализ риска технологических систем
Определение селена с помощью твердофазной люминесценции
О.В. Королева
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: center@mivlgu.ru
Баланс селена в окружающей среде определяется природными геохимическими и, в меньшей степени, антропогенными факторами[3]. В природных водах селен может находиться в
степенях окисления – 2, 0, +4 и +6. концентрация селена, обладающего как биогенным, так и
токсичными свойствами, в питьевых водах регламентируется на уровне 0,01мг/л[4].
В большинстве способов определения селена аналитически активной формой является
Se(IV). Для его контроля в объектах окружающей среды чаще всего используют высокочувствительные и селективные методы анализа, с пределом обнаружения – мг/л. Для этих целей широко используют люминесцентные методы определения селена.
Люминесцентные методы применяются как для качественного, так и для количественного
определения селена.
В случае количественного определения селена для улучшения аналитических характеристик определения необходимым условием является предварительное концентрирование исходных растворов. Использование метода твердофазной люминесценции позволяет сочетать твердофазную экстракцию с получением сигнала в фазе сорбента. Интенсивные люминесцентные
сигналы твердофазной люминесценции наблюдаются при использовании целлюлозной матрицы – фильтровальной бумаги, волокна которой обладают способностью иммобилизировать
различные вещества. Для иммобилизации реагентов на бумагу её предварительно замачивают в
воде и слегка высушивают, что приводит к более полному вытеснению воды из субмикроскопических капилляров целлюлозы и к разрыхлению волокон. Затем бумагу обрабатывают раствором реагента. После высушивания такой бумаги реагенты прочно закрепляются в порах
целлюлозной бумаги. Полученные таким образом модифицированные бумаги могут быть использованы для концентрирования определяемых ионов из раствора.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
435
Люминесцентные методы определения селена основаны на высокочувствительных реакциях с диаминами и образовании флуоресцирующих пиазоселенолов. Наиболее селективным реагентом для определения селена является 2,3 – диаминонафталин (ДАН). Содержание селена в
пробе определяется в этом случае по интенсивности флуоресценции образующегося комплекса,
которая пропорциональна концентрации селена(IV) в пробе[2,5].
Селен в окружающей среде часто содержится в очень малых количествах. Для определения
следовых количеств селена, разработан новый спектрофлуориметрический метод[1], основанный на реакции селена и 4-метил-1,2фенилендиамина с образованием флуоресцирующего комплекса.
Кроме этого для определения селена может быть использован и косвенный метод. Таким
методом является определение селена, основанное на реакции восстановления селена(IV) бромид-ионами, и последующее взаимодействие выделяющегося брома, находящегося в парообразной фазе с индикатором флуоресцеином. Наличие селена в пробе определяется по гашению
флуоресценции флуоресцеина. Количественное содержание селена в пробе пропорционально
степени гашения флуоресценции в реакционной зоне.
Эти реакции могут быть использованы и для определения селена методом твердофазной
люминесценции с предварительной иммобилизацией реагентов на индикаторной матрице, изготовленной из фильтровальной бумаги.
Литература
1. Назаренко И.И., Ермаков А.Н. Аналитическая химия селена и теллура. М.: Наука, 1971
2. Н.А. Голубкина. Флуориметрический метод определения селена// Журнал аналитической
химии. 1995, том 50. № 5, с. 492 – 497.
3. Дедков Ю. М., Мусатов А. В. Селен: биологическая роль, химические свойства, методы определения. М., 2002.
4. Аналитическая химия редких элементов. Сборник научных трудов, под ред. А.Н.Ермакова.
М.: Наука, 1988
5. Головина А.М., Левшин Л.В. Химический люминесцентный анализ неорганических веществ.
М., 1978
Мониторинг подземных водных источников Калужской области
Л.А. Коршунова
НОУ ВПУ Среднерусский университет (Гуманитарно- технологический институт)
г. Обнинск, ул. Гурьянова
E-mail sugia@ mail.ru
Качество воды большинства поверхностных водных объектов по-прежнему не отвечает
нормативным требованиям. Загрязнения водных объектов не снижается, а в ряде мест возрастает. Воды основных рек страны оцениваются как «загрязнённые», а их притоки – как «очень загрязнённые». Подземные воды, лучше защищенные и менее подверженные изменениям качества во времени. Сегодня появился даже термин «экологически чистая вода», который присваивается только подземным водам.
Калужская область является достаточно обеспеченной ресурсами подземных вод. До 2009
года на территории области разведано 50 месторождений пресных подземных вод, объединяющих 130 участков из них в эксплуатации находятся 76 участков. Наиболее крупными потребителями подземных вод в области являются г. Калуга и Обнинск, на водоснабжение которых
приходится 54 % от используемых подземных вод. Большая часть добываемых подземных вод (
63 %) используется на хозяйственно-питьевое водоснабжение (из них лишь 7% - для сельского
населения), 13 % - на производственно-техническое водоснабжение, 2% - на нужды сельского
хозяйства, 2% - на прочие нужды, 7% составляют потери и 13% передаётся в другие субъекты
Федерации [1].
436
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
В настоящее время в г. Калуге и пригороде сохранилось более 100 родников, которые пользуются большой популярностью у горожан. Сохранились родники, которые упоминались ещё в
летописях 1370 года (на территории Лаврентьевского монастыря). Первый городской водозабор
был основан на родниках. Очень много родников питают р. Оку на правом берегу. г.Калуги. Артезианские источники водоснабжения имеют высокое качество питьевой воды. Они залегают ниже двух или нескольких слоёв водоупорных пород, лучше защищены от антропогенного воздействия и не требуют затрат на очистку. Вода прозрачная, бесцветная, отсутствуют взвешенные
вещества, вода холодная, в ней мало бактериальных загрязнений. Но хозяйственная деятельность
в пределах города где находятся родники оказывает влияние на качество воды в них. Подземные
воды г. Калуги т пригорода имеют различную степень естественной защищённости. Наименьшую защищённость имеют воды четвертичных отложений при отсутствии достаточно выдержанного перекрывающего водоупора, что характерно, в первую очередь, для аллювиальных горизонтов. Были выявлено техногенное загрязнение никелем ( у. р. Терепец), марганцем ( у Яченского водохранилища), с. ( у д. Кукареки). Обнаружено загрязнение свинцом родниковых вод ( в
Подзавалье). Загрязнение подземных вод окско-тарусского горизонта нефтепродуктами связано с
деятельностью нефтебазы , расположенной в верховьях р. Киёвка.
Исследование некоторых родников в г. Калуги и её пригородах показало, что из 17 родников воду можно пить без предварительной обработки, Это родники, в основном, расположении
в пригороде Калуги или на её окраинах. Из 5 родников, находящихся в городской черте, воду
можно использовать после обязательного кипячения из-за присутствия в ней кишечной палочки. Из 13 родников опасно употреблять воду из-за высокого содержания в ней кишечной палочки , нитратов, тяжелых металлов и других опасных веществ. Превышение в воде нитратов
отмечено от 3,5 до 5,4 раза, а по содержанию в воде кишечной палочки от 10 до 23 раз, а в некоторых родниках даже более, чем в 200 раз. Иногда вблизи родников находятся свалки мусора, захоронения и другие отрицательные последствия антропогенной деятельности. Подобное
отношение может привести к исчезновению, таковым является родник Резванский.
Вследствие интенсивного водоотбора крупными групповыми водозаборами в ряде населённых пунктов (Обнинск, Калуга, Малоярославец) формируются местные и региональные воронки депрессии .Истощение эксплуатационных запасов подземных вод в Обнинском и Калужском промзонах по отдельным водозаборам обусловлено как нарушениями условий эксплуатации, так и природными факторами. В настоящее время в Калуге нет ни одного восходящего
родника, а оставшиеся выводят на поверхность грунтовые воды.
Много внимания уделяется подземным водам в национальном парке « Угра». На территории этой особо охраняемой территории есть немало выходов подземных вод: только в долине р.
Угры выявлено более 70 источников. Большинство источников – безнапорные, связанные с известняками нижнего карбона и ледниковыми отложениями. Источники различаются по дебиту–
объему воды, поступающей в единицу времени, на поверхность. Вода в родниках пресная,, но
есть родники с минерализованной водой. Воды отдельных источников обладают целебными
свойствами [2].
Интересным источником национального парка «Угра» является Троицко-Екатерининские
источники подземных вод. Они расположены на территории Юхновского района калужской
области на правом берегу р. Теча. Эти родники связаны с безнапорными водами известняков
алексинского горизонта нижнего карбона, подстилаемых песчано-глинистым огнеупором. На
расстоянии 130-150 м зафиксировано около 15 родников, дающих начало постоянному и многоводному ручью. Эти источники можно разделить на две группы: не содержащие железа и железистые. В источниках ,не содержащих железа , вода холодная ( температура От 5 до 7.0 ° С),
прозрачная, вкусная с уровнем минерализации различен -от приблизительно 300 мг/л и около
500 мг/л. Вода железистых источников на вид бесцветна, но при отстаивании в ней появляется
бурый осадок. Вода этих источников отличается слабым запахом и ярко выраженным привкусом железа. Уже через сутки содержание растворённого железа в воде уменьшается и не превышает допустимый уровень. Вода холодная 6-7° С). Хорошее состояние воды в источниках
свидетельствуют об изолированности от поверхностных вод и об отсутствии загрязнения прилегающей территории [3].
Задачей национального парка – сохранить родники на территории парка, сохранить традиции наших предков по отношению к родникам. Сравнительные показатели качества родников в
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
437
национальном парке «Угра» и г.Калуге свидетельствуют о резко выраженном антропогенном
влиянии на родники в городе. Так, например, содержание нитратов в воде города превышает в
от 4 до 8 раз, концентрация нефтепродуктов в воде родников парка в 11 раз ниже, чем в некоторых исследованных родниках города. В воде городских родников количество кишечных палочек более чем в 30 раз выше, чем в родниках национального парка. Вода в родниках национального парка обладает способностью к самоочищению, а в родниках г. Калуги процессы самоочищения воды идут, в основном, за счет разбавления атмосферными осадками.
На территории Калужской области зафиксировано большое количество участков, в пределах которых качество подземных вод не отвечает нормативно-правовым требованиям. В большинстве случаев это связано с наличием природных гидрохимических аномалий, ведь область
входит в провинцию железосодержащих подземных вод с содержанием общего железа до
восьми мг/л. Для области актуальна проблема строительства сооружений по обезжелезиванию.
Проблема эта осложняется старением длительно эксплуатируемых коммуникаций, по которым
вода подается в дома, хотя в целом по области процент водопроводов, не отвечающих санитарным требованиям, снизился и составил 19,8 процента при 31 процента в 2002 г. Имеет место и
локальное техногенное загрязнение подземных вод, связанное с эксплуатацией полигонов ТБО,
нефтебаз, птицефабрик.
И всё-таки, значительно более высокая степень защищённости подземных вод от антропогенного загрязнения и лучшее их экологическое состояние по сравнению с поверхностными водами Калужской области , где загрязнения превышают предельно допустимые концентрации во
много раз, должно определить необходимость максимально возможного использования подземных вод и их охраны для повышения надёжности систем хозяйственно-питьевого снабжения. Сохранение родников является одним из приоритетных направлений охраны окружающей среды.
Литература
1. Доклад о состоянии природных ресурсов и охране окружающей среды на территории Калужской области в 2008 году. - Калуга, 2009.
2. Новиков В.П., Гордеева Т.А., Супрычёв В.В. Родники Поугорья. – 2009
3. Новиков В.П., Семёнова И.В., Коршунова Л.А. Геолого-гидрохимическая и микробиологическая характеристика Троице-Екатерининских источников подземных вод. – Природа и история
Поугорья. - Калуга, 1999.
Изучение защитной роли почвы при воздействии на овес кислотных дождей
М.А. Макарова, И.С. Бирюков, А.М. Кокорин
ГОУ ВПО “Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева”.
Владимирская обл., г. Ковров, ул. Маяковского, 19,
E-mail: mashinoo@mail.ru.
Одним из проявлений все возрастающей антропогенной нагрузки на биосферу являются
кислотные дожди. Эффекты, вызываемые ими, имеют негативный, а подчас, и катастрофический характер по отношению ко многим биогеоценозам и агроценозам. Большой интерес вызывает оценка воздействия кислотных дождей на различные сельскохозяйственные культуры на
разных стадиях онтогенеза: от прорастания семян до момента сбора урожая. Немаловажную
роль в устойчивости растений играет состав почвы, ее буферная емкость. Поэтому исследования в данной области актуальны.
Цель данной работы – изучение защитной роли почвы при воздействии на зерновые культуры кислотных дождей (КД). Объектом исследования были выбраны семена овса (Avena sativa
L.). Кислотные дожди имитировались посредством растворов H2SO4 и HNO3 с различными рН.
При проращивании семян в растворах (без грунта) наблюдается эффект уменьшения длины
корешка вследствие понижения значения рН. Различие между группой семян овса, пророщенных в течение двух дней в среде H2SO4 (рН=2,5), и контролем составило 54%, а в аналогичном
опыте с раствором HNO3 (рН=2,5) – 61%. За контроль была принята группа семян, пророщенных в дистиллированной воде. Следует отметить уязвимость растений на этой стадии развития.
438
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
При моделировании воздействия КД на овес, растущий в почве, не наблюдалось изменений, как во внешнем виде растений, так и в динамике их роста в течение длительного времени.
Угнетение овса в данных условиях эксперимента возможно лишь при непосредственном контакте листовой пластины и капли с кислой средой. Как показывают наши исследования, именно
благодаря дерново-подзолистой почве, используемой в эксперименте, устойчивость растений к
действию КД повышается.
Показателем состояния почвы является значение рН ее водной вытяжки в зависимости от
содержания кислоты в почве, выраженного в ммоль(Н+)/кг(земли). По двум этим показателям
на рис.1 построены графики изменения рН водной вытяжки изученной нами почвы в зависимости от количества внесенной кислоты [2]. В данном случае работает механизм накопления кислоты.
Рис. 1.
Различными линиями обозначены оптимальные значения рН для разных видов сельскохозяйственных культур. Согласно ГОСТ 17.5.3.06-85 величина pH водной вытяжки плодородного
слоя должна составлять 5,5 – 8,2. Как видно из рисунка, рН строго без флуктуаций опустился
ниже критического значения (ГОСТ 17.5.3.06-85) при содержании в почве 60 и более
ммоль(Н+) / кг(зем) серной кислоты или 80 и более ммоль(Н+)/кг(зем) азотной кислоты. По
сравнению с приведенными культурами овес является наиболее уязвимым к повышению почвенной кислотности [1]. Отличия между кривыми серной и азотной кислот, можно объяснить
тем, что азотная кислота нестойкая и подвергается разложению, будучи внесенной в почву.
Косвенно это подтверждают завышенные значения рН по сравнению с серной кислотой (кривая
для азотной кислоты идет выше, чем для серной).
Для кривых, изображенных на рис.1, был проведен анализ на установление корреляции
между показаниями рН водной вытяжки и значением концентрации кислоты в почве. Коэффициент корреляции составил: для азотной кислоты – -0,93, для серной – -0,91, т.е. с внесением
новых порций кислоты рН водной вытяжки уменьшается. Отсутствие негативного воздействия
кислот в течение длительного времени может быть объяснено буферной способностью почвы.
Дело в том, что на поверхности почвенных поглощающих комплексов (ППК), т.е. на коллоидах
почвы, способны адсорбироваться различные ионы, в частности катионы щелочных и щелочноземельных металлов. Одновременно в почве присутствуют и катионы H+ (а также катионы
алюминия), обуславливающие кислотность, и поглощенные основания – Са2+ и Мg2+, отвечающие за щелочность почв. Изученная нами почва была образована на выступах дочетвертичных
карбонатных пород, поэтому содержание кальция в ней достаточно велико – сотые доли грамма
на 100 г почвы (при определении с помощью водной вытяжки [2]). Содержание гумуса, также
определяющее насыщенность почвы основаниями, составило по результатам исследования –
5%, что соответствует согласно ГОСТ 26213 – 84 плодородным почвам [2]. Между ионами,
сорбированными на ППК, и ионами почвенного раствора существует стабильное динамическое
равновесие, т.е. скорость сорбции ионов на поверхности коллоидных частиц равна скорости
десорбции. Но при изменении различных условий, в частности рН, равновесие может сдвигаться в ту или иную сторону [1].
При закислении почвы возможен следующий процесс:
[ППК]Ca,Mg + 4НCl
При защелачивании почвы:
[ППК]-4Н + СaCl2 +MgCl2
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
[ППК]Al+ 3CH3COONa
(CH3COO)3Al+3H2O
439
[ППК]-3Na + (CH3COO)3Al
Al(OH) 3 + 3CH3COOH
[ППК]-3Na + 3CH3COOH
[ППК]-3H+ 3CH3COONa
Почвенный поглощающий комплекс выполняет роль ионита, обменивающегося с почвенным раствором различными катионами в зависимости от изменений внешних условий. При закислении почв срабатывает механизм повышения рН, а при защелачивании – механизм понижения рН. Анализируя приведенные уравнения можно сказать, что почва обладает стабилизирующим, т.е. буферирующим действием, нивелируя интенсивные изменения рН. Однако буферная емкость характеризуется пороговым значением количества кислоты или щелочи, которые может нейтрализовать. Превышение этого значения вызовет прогрессирующее понижение
(повышение) рН.
Помимо кислотности почв на состояние растений (и в частности на овес) оказывает влияние и ионный состав почвенного раствора. Для растений наиболее вредными являются легкорастворимые формы сульфатов [2]. Повышение их концентрации понижает плодородие. В исследуемой нами почве присутствуют ионы кальция в количестве, необходимом для связывания
сульфат ионов в среднерастворимые формы, безопасные для растений.
Ca2+ + SO42CaSO4
Способность инактивировать негативное воздействие некоторых ионов является еще одним проявлением буферной способности почвы.
На основе проведенных над овсом экспериментов следует отметить важную роль почвы в
поддержании устойчивости растений к кислотным дождям. Ощутимое воздействие может наблюдаться при воздействии кислой среды на все растение в целом (как в опыте с проращиванием семян овса). Если значение рН почвенного раствора сохраняется на оптимальном уровне, то
растение способно некоторое время противостоять кислотным дождям, что и подтверждают
результаты моделирования кислотных дождей на двухнедельный овес. Но если нарастающая
кислотность значительно превышает буферные свойства почвы, растения перестают справляться с нагрузкой, заболевают и погибают.
Литература
1. Ващенко И.М. Практикум по основам сельского хозяйства. Учеб. пособие для студентов
биолог. специальностей пед. ин-тов. – М.: Просвещение, 1975. – 303c.
2. Шварева И.С. Мониторинг окружающей среды: Учеб. пособие. Ч.1. – Ковров: КГТА, 2004. –
112с.
Разработка устройства автоматизированного неразрушающего контроля параметров
пористости материалов
Ю.Н. Матросова
ГОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия имени В. А. Дегтярева»,
601910 Россия, г. Ковров, Владимирская область, ул. Маяковского, д. 19,
E-mail: mae76@yandex.ru
Контроль качества готовой продукции является неотъемлемой частью технологического
процесса изготовления изделий в машино- и приборостроении. Одним из методов контроля является неразрушающий автоматизированный контроль, позволяющий без разрушения деталей в
короткие сроки контролировать их физико-механические свойства по пористости материалов.
Под пористостью понимается отношение объема пор в теле к общему объему тела. Под
проницаемостью – способность материала пропускать газ или жидкость.
К пористым материалам относится керамика, металлокерамика, сложные керамические
системы, древесина, пластмассы и т. д.
440
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
На основании научных исследований автором разработаны способ определения параметров пористости материалов [1] и устройство автоматизированного неразрушающего контроля
параметров пористости материалов.
Разработанное устройство позволяет контролировать характер изменения параметров пористости в зависимости от технологии изготовления изделия, выявлять наиболее ослабленные
участки в изделии и оценивать его физико-механические свойства.
Принцип работы устройств основан на явлении фильтрации и диффузии газа через контролируемый материал [2].
На грани контролируемого изделия устанавливаются измерительные камеры, которые герметично прижимается к контролируемому изделию, образуя герметичные газовые полости.
Камеры соединены через систему трубопровода с вакуумным насосом или предварительно вакуумированной емкостью, объемом, значительно превышающим объем каждой газовой полости. Для исключения перетечки газа между камерами, каждая из них имеет возможность отключения от общей магистрали посредством газового клапана. Каждая камера имеет выход на датчик давления газа, информация с которых автоматически передается на ЭВМ.
После вакуумирования газовых полостей, одна из камер соединяется с атмосферой и начинается процесс фильтрации, а затем и диффузии газа в остальные камеры, давление газа в которых начнет медленно возрастать. При этом будут наблюдаться как фильтрационный, так и
диффузионный потоки воздуха. По величине измеряемого давления в газовых полостях по известным зависимостям [1] в автоматизированном режиме определяются параметры пористости
материала, такие как коэффициенты фильтрации, проницаемости, диффузии, растворимости
газа, которые определяют активную, закрытую и условно-замкнутую пористость материала, а
также и физико-механические свойства изделия.
Таким образом, разработанное устройство автоматизированного неразрушающего контроля параметров пористости материалов позволяет проводить контроль параметров пористости, а
затем и физико-механических свойств изделий непосредственно на последнем этапе технологического процесса изготовления изделия.
Литература
1. Способ определения параметров пористости материалов: Патент РФ № 2305820, МКИ3
G01N15/08 / //Житников Ю. З., Иванов А. Н., Матросова Ю. Н., Матросов А. Е. –Б. И. № 25,
2007 г.
2. Матросова Ю. Н. Разработка устройства автоматизированного неразрушающего контроля
физико-механических свойств пористых материалов// Вооружение. Технология. Безопасность.
Управление./ материалы IV межотраслевой конференции с международным участием аспирантов и молодых ученых. В 3 ч. Ч. 1– Ковров: КГТА, 2009. –с. 128-133.
К вопросу об изменении количества жидких атмосферных осадков
в 2006 году в районе города Муром
М.С. Панова, В.В.Булкин
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: lwb@mivlgu.ru
В докладе рассматриваются результаты контроля одного из синоптических параметров жидких атмосферных осадков – в районе города Мурома за весеннее-осенний период 2006 г.
Из анализа накопленных данных видно, что всего за 2006 г. выпало 342 мм осадков, что в
целом совпадает с количеством осадков, например, за 2007 г. (321,9 мм). Наиболее интенсивные осадки наблюдались в июле (64,2 мм) и августе (81 мм). Однако с точки зрения анализа
интенсивности осадков следует отметить, что если, например, в течение всего июня зарегистрировано 45,1 мм осадков, то в течение двух дней – 9 и 10 июня – выпало 37,9 мм, т.е. 84% месячной суммы: 16,6 мм – 09.06.06. и 21,3 мм – 10.06.06. При этом, если в течение всего дня 9
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
441
июня в целом осадки можно было характеризовать как моросящие (I<0,6 мм/ч) или обложные
(0,6<I<3 мм/ч), то в период 19h16m-19h33m, когда выпало 8,2 мм осадков (т.е. почти 50% суточного количества), интенсивность осадков варьировалась от 10 до 60 мм/ч, что может быть
охарактеризовано как ливневые осадки (I>3 мм/ч).
Сезон 2006 года
400
350
Количество осадков, мм
300
250
200
150
100
50
28.11.
18.11.
08.11.
29.10.
19.10.
09.10.
29.09.
19.09.
09.09.
30.08.
20.08.
10.08.
31.07.
21.07.
11.07.
01.07.
21.06.
11.06.
01.06.
22.05.
12.05.
02.05.
22.04.
11.04.
-50
01.04.
0
Месяцы
Аналогичный анализ ситуации за август месяц даёт следующую картину. В течение августа зарегистрирован 81 мм осадков. За один день – 9 августа – выпало 46,1 мм, т.е. практически
57 % месячной суммы и больше, чем за весь июнь. В противоположность предыдущему случаю
в целом в течение всего дня осадки носили характер ливневых, с максимумами интенсивности
до 13,8 мм/ч в период 19h07m-20h47m.
Поскольку в базе данных Росгидромета отсутствуют значения распределения осадков по
месяцам для г. Мурома, проведено сравнение со среднестатистическими данными для Н. Новгорода и Владимира. Сравнение данных показывает: во Владимире среднее количество осадков
в августе - 59 мм, в Н.Новгороде – 67 мм. Можно считать, что в 2006 г. в августе месяце в Муроме выпало около 120-137 % месячной нормы осадков.
Следует отметить, также, что по техническим причинам в течение августа не было зафиксировано некоторое количество осадков. Следовательно, реальное количество - более 140 % от
месячной нормы. Такой результат в целом совпадает с данными Росгидромета о том, что в августе в ЦФО и в ПФО осадков выпало от 1,5 до 3 норм.
Зольные отходы – кладезь микроэлементов
С.В. Пронин
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: bgd@mivlgu.ru
Добыча и потребление угля в России увеличивается с каждым годом. Только в Кузбассе
добыча угля по прогнозу на 2009 год составит 184 млн. тонн. На тепловых электростанциях
России работающих на каменном угле образуется до 40 млн. тонн в год зольных отходов, а используется только около 4%. Остальное размещается на территории золошлакоотвалов. Из всего количества используемых зольных отходов 30% применяется для нейтрализации кислых
почв (химический мелиорант), 0,2% для производства химических удобрений, 0,02% для извлечения редких и рассеянных элементов, а остальное используется для производства бетонов,
кирпича, шлакоблоков, цемента и т.д. [1]
Состав золы и шлаков определяется минеральным составом углей, который зависит от месторождения, глубины залегания пластов, методов добычи и обогащения, причем зольность
угля постоянно повышается из-за ухудшения горно-геологических условий добычи.
442
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
В зольных отходах сконцентрировано большое количество соединений железа, алюминия,
хрома, никеля, марганца, редких и рассеянных элементов – ванадия, германия, галлия. Только в
золошлакоотвале Благовещенской ТЭЦ содержится 20 т U235, 18 т Th232 и 7 кг Ra226 [2]. По литературным данным, при сжигании каменного угля на электростанциях вместе с золой выбрасывается металлов больше, чем их добывается в природе [3].
Зольные отходы не являются неизбежностью, это результат несовершенства производства.
О необходимости использования зольных отходов опубликовано много работ, большинство
посвящено применению их в строительной индустрии. Очень мало работ посвящено извлечению ценных микроэлементов и применению зольных отходов в качестве минеральных микроудобрений.
С урожаем сельскохозяйственных культур из почвы выносится большое количество минеральных веществ, соединений азота, фосфора, калия и др. Потери макроэлементов в почве восполняются внесением соответствующих удобрений. Вынос же микроэлементов из почв не учитывается, а применение даже повышенных доз макроудобрений без внесения микроэлементов
не может дать положительного результата.
Микроэлементы находящиеся в зольных отходах необходимы растениям для нормального
развития – способствуют повышению активности биохимических процессов протекающих в
растениях. Большинство микроэлементов входит в состав ферментов, способствуют синтезу
сахара, крахмала, белков, нуклеиновых кислот, витаминов. В молекуле витамина В12 (цианкобаламина) содержится атом кобальта. Персик содержит 27 макро- и микроэлементов.
Все эти необходимые для жизнедеятельности растений элементы присутствуют в золе каменного угля, относящегося к горным породам растительного происхождения.
При недостатке микроэлементов затруднен отток углеводов из листьев и других частей
растений к репродуктивным органам, цветки опадают, завядает верхушечная точка роста, семенна становятся мелкими, ухудшается фиксация атмосферного азота клубеньковыми и свободноживущими бактериями, замедляется синтез витаминов и углеводов. Недостаток микроэлементов является причиной хлороза зерновых культур, корнеплоды поражаются паршой,
сердечка заболевают гнилью. Таким образом, микроэлементы в данном случае становятся определяющим фактором получения здоровых и высоких урожаев.
Литература
1. Ксинтарис В.Н., Рекитар Е.А. Использование вторичного сырья и отходов в производстве.
М., «Экономика». 1983.
2. Радомский и др. Экономические проблемы золошлакоотвала Благовещенской ТЭЦ. «Экология и промышленность России». 2004. март
3. Петрянов-Соколов И.В. Экология и мир. «Химия и жизнь» 1987 №6.
О проблеме загрязнения атмосферы
А.С. Пузанков
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: center@mivlgu.ru
Проблема загрязнения атмосферы является одной из самых популярных экологических
проблем в наше время. Мы живем и дышим воздухом, который скорее следует называть смесью ядохимикатов. Мы даже не подозреваем, что многие наши болезни связаны с качеством
атмосферного воздуха, которое с каждым годом становится все хуже.
В настоящее время во многих регионах России уровень вредных веществ в атмосфере во
много раз превышает допустимый уровень. Причем в крупных городах, где проживает свыше 1
млн. человек, уровень вредных веществ в атмосфере превышает в десятки раз. Отдельно стоит
выделить такие крупные города, как Братск, Екатеринбург, Иркутск, Кемерово, Новокузнецк,
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
443
Норильск, Череповец, Новосибирск. Отсюда можно сделать вывод, что ситуация неблагоприятна в промышленно развитых регионах России.
Смог – аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли. При полном сжигании топлива получаются «безобидные» продукты – оксид углерода и вода, но, тем не менее, образуется монооксид углерода. Далее происходит следующая закономерность. Со снижением кислорода, среди
продуктов сгорания, появляется углерод (сажа).
Загрязнение воздуха могут вызвать и входящие в состав топлива примеси, в первую очередь, соединения серы. При сжигании только топлива образуется диоксид серы. Растворяя в
капельках воды, которые конденсируются вокруг частиц дыма, диоксид серы существенно
снижает уровень ее кислотности. Данное явление опасно для здоровья; он оказывает вредное
воздействие на растения и животных, вызывает разрушение металов и строительных материалов. Сажа и диоксид серы, образующиеся при сжигании топлива, являются первичными загрязнителями воздуха. В условиях сырости и тумана они могут стать причинами смогов, приводящих к росту легочных заболеваний. Со временем смог становится обычным явлением во многих крупных городах и промышленных центрах.
Степень загрязнения в основном зависит от погодных и климатических явлений. Действие
скорости воздуха увеличивают перемещение и уровень концентрации.
В настоящее время стала актуальная проблема замена топлива альтернативными источниками. Так применение углеводородного топлива позволяет снизить вероятность загрязнения
воздуха сажей. Стоит заметить, что появляются новые виды загрязнения. Что является результатом реакции первичных загрязнителей с нагоревшим топливом и кислородом.
Для снижения смога необходимо модернизировать двигатели внутреннего сгорания автомобилей, а также уделить особое внимание выбросов в окружающую среду. Уровень сажи, возникающий в различных двигателях, можно снизить, применяя перспективное оборудование.
Для снижения соединений серы, из нефтяных соединений удаляют соединения серы, а образующиеся газы подвергаются дополнительной очистки.
Основные источники загрязнения окружающей среды
А.С. Пузанков
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: center@mivlgu.ru
Влияние условий жизни на здоровье людей было замечено ещё в глубокой древности. Но
лишь в 20 столетии человечество в полной мере осознало, что многие болезни непосредственно
связаны с загрязнением атмосферы, плохим водоснабжением, недоброкачественными продуктами. Практически в каждом экономическом районе России есть республики, края и области с
наиболее неблагополучной экологической обстановкой, которая обусловлена деятельностью
комплекса конкретных производств.
В настоящее время воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду определяется значительными объёмами выбросов в атмосферу, водопотребления для промышленных целей и сбросов сточных вод. Принимаемые меры по снижению выбросов дают некоторые
положительные результаты. Однако это единичные случаи. Спад производства ещё более обострил экологический кризис на территории Российской Федерации. За последние годы выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух достигли 40-43 млн.т., в том числе от стационарных источников – 21-24 млн.т. Наибольшее загрязнение атмосферы происходит в результате деятельности предприятий энергетики – 27,7%, общих выбросов промышленностью России,
цветной – 20,4% и чёрной металлургии – 15,1%. На нефтеперерабатывающих предприятиях
основными загрязняющими веществами являются углеводороды и летучие органические соединения, диоксиды серы, оксид углерода и оксиды азота. Многообразны последствия на литосферу газовой промышленности: изменение ландшафта, вырубка лесов, загрязнение почвы
нефтепродуктами, разрушение пластов недр и д.р. Чёрная металлургия – одна из наиболее ём-
444
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
ких отраслей промышленности, по загрязнению окружающей природной среды. В отдельные
годы валовой выброс вредных веществ в атмосферу отраслью достигал 2735 тыс. т. или 15%
общепромышленного объёма выбросов. Основной объём загрязнений приходит на оксид углерода – 70%. По – прежнему на низком уровне остаётся улавливание вредных веществ – 65-69%.
В целом, по отрасли из года в год увеличивается общий объём сбрасываемых загрязнённых
сточных вод в поверхностные воды и составляет около 757 млн. м3 в год. При оценке факторов,
изменяющих экологию человека, постоянное внимание во всём мире приковывает к себе проблема действия радиации на человека и окружающую среду. Активное создание в 20 веке искусственных источников, включающих медицинское и промышленное использование радиоактивных источников, развитие атомной энергетики, испытание ядерного оружия в течение 40
лет, аварии на АЭС, на атомных подводных лодках и другие проблемы вызывают необходимость специалистам медицинского профиля иметь научно-обоснованные представления о степени опасности воздействия радиоактивного фактора на человека и окружающий мир.
Все принимаемые экологические решения должны обладать высокой степенью экологической надёжности и безопасности. Очевидно, что в условиях конкуренции, массовых банкротств,
ужесточения финансовой ситуации для предприятий одной из первых жертв борьбы за выживание станет природа. Предприятия стремятся всячески экономить на природоохраняемых мерах,
приобретении экологического оборудования, так как экологические затраты не увеличивают выпуск основной производственной продукции. Скрываются выбросы и сбросы загрязняющих веществ, захоронение отходов для того, чтобы избежать платы за них, штрафов и т.д.
Предупреждение опасного загрязнения природной среды и негативного влияния биологических факторов на здоровье населения в значительной степени определяется эффективностью
профилактических мер, таких как:
1. Предотвращение выброса биологических загрязнений путём создания безотходных
технологий.
2. Проведение регулярного контроля над содержанием микроорганизмов – продуцентов и
готовых биотехнических продуктов в воздушных выбросах и сточных водах предприятий, а так
же в атмосферном воздухе, водоёмах и почве в районах расположения биотехнических производств.
3. Соблюдение санитарно – защитных зон.
Улучшение качества экологической подготовки студентов-биологов
в педагогическом ВУЗе
А.М. Рябов
Владимирский Государственный Гуманитарный Университет,
г.Владимир, пр-кт Строителей, д. 11.
E-mail rjboy@yandex.ru
Преодоление глобального природного кризиса предполагает ряд взаимосвязанных и взаимозависимых действий межгосударственного масштаба. Становится ясным, что единой стратегией в этом плане должно явиться формирование нравственно-экологической ответственности
каждого человека, независимо от возрастного и социального статуса, а это требует теоретической и практической подготовки квалифицированных кадров в области экологии.
Основным направлением образовательного процесса в настоящее время является развитие
экологического мышления, формирование экологического поведения [1]. В XXI столетии каждый человек должен развиваться в пределах образовательного процесса как личность, не только
получающая от окружающей среды всё необходимое, но и как часть этой среды, гуманной и
ответственной. Эта идея приобретает во много раз более важное значение, когда мы говорим о
подготовке учителей биологических специальностей.
Содержание подготовки учителя подчинено главной цели - формированию его личности
учителя и подготовке высококвалифицированных специалистов, способных качественно осуществлять учебно-воспитательный процесс в разных видах общеобразовательных учреждений, про-
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
445
фессионально решать задачи экологического образования. Содержание подготовки учителя, согласно требованиям Государственного стандарта высшего профессионального образования,
включает в себя строго ограниченный перечень учебных дисциплин, среди которых одно из основных мест занимает экология [2]. Помимо этого, мы выявили, что экологические знания могут
входить в содержание таких мировоззренческих и культурологических учебных дисциплин, как
философия, история мировых цивилизаций, этика и эстетика, социология, культурология, этнология, религиоведение, мировая художественная культура, экономика, политология и право.
Социально-экономические, социально-педагогические и экологические факторы обусловливают необходимость максимальной экологизации учебных дисциплин. Структура, функционирование живых систем разноуровневой организации в рамках биологических предметов изучаются в их взаимосвязи с учетом влияния факторов окружающей среды. В структуру предметной подготовки включены специальные экологические дисциплины: «Экология растений»,
«Экология животных», «Зоогеография», «Экология человека», «Рациональное природопользование», «Актуальные экологические проблемы». Содержание экологического образования студентов служит той теоретической базой, на основе которой происходит формирование профессиональной готовности учителя, т.е. содержание общеобразовательной и культурологической
подготовки строится в строгой зависимости от эколого-педагогической направленности деятельности учителя.
В содержание дисциплины «Методика обучения биологии» включены вопросы, посвященные экологическому образованию школьников. К ним относятся методика развития экологических понятий при изучении разделов школьной биологии («Растения», «Животные», «Человек
и его здоровье», «Общая биология»), методика развития экологических умений, методика формирования системы экологических ценностей при обучении биологии, методика уроков экологического содержания и т.д.
Эколого-педагогическая обусловленность методической подготовки учителя проявляется
во включении в учебный процесс других обязательных курсов и курсов по выбору, таких, как
«Методика обучения экологии», «Методика экологического образования», «Экология человека
в структуре школьного биологического образования», «Экологическое образование» и др. Содержание предметов методического цикла конкретизирует и развивает экологические и педагогические знания, умения и навыки.
Также следует отметить, что необходимо включать в процесс подготовки студентовбиологов в педагогическом вузе в качестве факультативных занятий следующие предметы:
— биоэтика, в котором рассматривались бы этические проблемы современной науки, например, связанные с использованием животных в эксперименте;
— биохимическая экология, экологическая биофизика, в которых раскрываются особенности холодного свечения, действие на организм токсических веществ различного происхождения;
— паразитология. Должна включать в себя общие сведения о паразитах человека и животных и методах профилактики;
— экологическое право. Этот предмет раскрывает виды экологических преступлений и ответственность за их совершение.
Также мы считаем, что региональный (вузовский) компонент должен иметь тесную теоретическую и практическую связь с полевой практикой.
В пределах педагогического процесса должен быть обеспечен баланс между человеческим
эго - и бережным отношением к окружающей природной среде. В пределах современного образовательного процесса должно развиваться непотребительское отношение к окружающей среде
и действиям в ней.
Поэтому во время обучения в университете, важно развить у будущих учителей системное
экологическое мышление, различные знания, включая навыки о том, как осуществлять педагогическую деятельность, направленную на экологическое поведение учеников. И будущие учителя и учителя новички должны знать, как приспособиться к образовательной среде школ, изучить их культурную среду, включая педагогическую культуру, оценить состояние окружающей
школу среды, и понять, как способствовать собственному профессиональному саморазвитию в
пределах этой окружающей среды [3, 4].
Подводя итог всему вышесказанному, следует отметить, что подготовка квалифицированного педагога не может ограничиться лишь изучением предметов, перечисленных в государст-
446
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
венном стандарте высшего профессионального образования. Исходя из специфики расположения учебного заведения, в образовательный процессы должны включаться предметы, острая
необходимость в которых продиктована географическим расположением, экологической ситуацией или иными особенностями, оказывающими серьёзное влияние на жизнь людей конкретного региона.
Литература
1. Sterling, S. (2001) Sustainable Education. Re-visioning Learning and Change. Schumacher Briefing
No. 6. Published by Green Books.
2. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности «011600-Биология» (квалификация – «учитель биологии»). -М.: Гос, ком. РФ по
высш. образов., 1995. -31 с,
3. Briede, B. (2004) Education for getting competence from constructivists perspective in the context
of environment. Research for Rural Development 2004. Latvia, Jelgava: LLU, 215-221.
4. Hanno, P.D., Patton, D. & Marlow,S. (2000) Effective small firm-stakeholder interactions. Education + Training, MCB University Press, 42(4/5), 237-245
Динамическое картографирование лесных экосистем
на основе данных дистанционного зондирования
В.П. Савиных, А.Т. Зверев, В.С. Марчуков, Н.Н. Машников, А.Ф. Стеценко
ГОУ ВПО «Московский государственный университет геодезии и картографии» (МИИГАиК),
105064, Москва, Гороховский пер., д.4.,
E-mail: mashnikov@mail.ru.
Аэрокосмические данные о земной поверхности являются главным источником для получения современной оперативной информации о природной среде. Топографические карты не
могут постоянно отражать ситуацию на последний момент времени, потому что обновляются,
как правило, не чаще, чем один раз в десять лет. За этот промежуток времени на земной поверхности происходят значительные изменения.
При исследованиях, направленных на выявление и фиксацию изменений растительных и
почвенных покровов, необходимо использовать материалы дистанционного зондирования аэрокосмической съемки земной поверхности, а также многозональной, радиолокационной, лидарной, тепловизионной и СВЧ съемки.
Наблюдение за изменениями, т.е. динамикой объектов земной поверхности, в частности,
растительных и почвенных покровов, важная задача мониторинга, имеющего своей целью не
только слежение за изменениями, но и обеспечение оперативного доступа к полученным картографическим и другим материалам.
Создание карт динамики предполагает последовательное использование аэрокосмических
данных, которые дают прекрасные возможности для изучения тенденций динамики структуры
растительных и почвенных покровов. Выявление тенденций развития структуры растительных
покровов отдельных регионов производится сопоставлением разновременных снимков и
др.данных, либо их сравнением со старыми тематическими картами с использованием автоматизированных технологий.
При этом автоматизированные технологии картографирования растительного покрова
должны обеспечивать регулярный и оперативный мониторинг растительных ресурсов наземных экосистем на основе комплексного использования различных данных. Пространственновременная динамика наземных экосистем требует регулярного выполнения серий наблюдений,
их накопления в базах данных с максимально полным описанием условий получения и возможностью их использования для решения широкого круга как фундаментальных, так и прикладных задач оценки динамики и состояния экосистем.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
447
Разработанная технология динамического картографирования предназначена для реализации методов автоматизированного формирования серий разновременных тематических базовых продуктов по данным ДЗЗ различного разрешения и методов автоматизированного выявления и оценки изменений пространственного распределения растительного покрова и грунтов
по временным сериям данных дистанционного мониторинга.
Технология динамического картографирования поддерживает весь цикл: от предварительной обработки данных и выявления изменений растительного покрова и грунтов до оформления полученных результатов в согласованном виде выходной продукции.
Программные продукты, используемые в технологии АРМ динамического картографирования, включают в себя:
операционную систему Windows со стандартными приложениями;
программный пакет ENVI 4.5.
Основные виды функциональной деятельности в рамках технологии:
1. Получение на основе данных дистанционного зондирования тематических изображений,
содержащих информацию о пространственном распределении видов растительного покрова и
грунтов.
2. Получение на основе данных дистанционного зондирования тематических изображений,
содержащих информацию о пространственном распределении классов растительного покрова,
дифференцированных по качественным и количественным характеристикам состояния (получение качественных и количественных характеристик состояния растительности).
3. Получение на основе данных дистанционного зондирования временных рядов тематических изображений, для оценки динамики растительного покрова и использования в качестве
входных данных процедур создания карт динамики.
4. Создание по данным дистанционного зондирования тематических карт динамики границ
экосистем за определенный временной интервал.
5. Создание по данным дистанционного зондирования тематических карт, содержащих информацию о пространственном распределении видов растительного покрова и грунтов.
6. Создание по данным дистанционного зондирования тематических карт, содержащих информацию о пространственном распределении классов растительного покрова, дифференцированных по качественным и количественным характеристикам состояния.
Результаты применения технологии формируются и размещаются в базе данных в виде
GeoTiff и Shp файлов.
Для применения технологии АРМ динамического картографирования необходимыми информационными ресурсами являются:
- данные многозональной или гиперспектральной съемки территории интереса. Требуемый
набор зон – зоны видимого, ближнего и среднего ИК-диапазона;
- набор априорных данных необходимых для формирования «обучающих» участков классов объектов. В качестве априорных данных могут использоваться картографические материалы на территорию интереса, текстовые описания результатов полевых исследований территории интереса, ранее созданные файлы геопривязанных «обучающих» участков, хранящиеся в
базе геоданных.
В результате работы с использованием разработанной технологии обеспечивается идентификация следующих классов объектов: гидрография, застроенные территории, безлесье, мозаичный растительный покров, травянистая, лишайниковая, моховая (площадь покрытия не более
60%) полигональная, мохово-лишайниковая, карликовая полярная ива и береза, болота низменные бугристые моховые и травяные (до 30%), кустарниковая (ива, ольха), карликовая береза,
кустарники, болота до 50%, горные тундры - кедровый стланцы, отсутствие сплошного покрова
в тундре, разреженный древостой (высота 6-8 м.), чередование тундры и редколесья, европейская лесотундра - березовое редколесье, азиатская лесотундра - лиственное редколесье, наземный покров - мхи, лишайники, травы, лес, болота, вырубки, сельскохозяйственные угодья, луг,
гари, открытый грунт, лиственное редколесье, темнохвойные леса - еловые, пихтовые, кедровые, светлохвойные леса - сосновые, лиственные, кедровые, летнезеленые лиственные леса широколиственные, мелколиственные - береза, ольха, осина, смешанные - хвойно - широколиственные, хвойно - мелколиственные, посадки леса, кустарники, пашни, сады, лесозащитные
полосы, пастбища, древесно - кустарниковое редколесье.
448
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
Организация архитектуры безопасности медицинских информационных систем
С.Н.Середа
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: sns_murom@mail.ru
Целью работы является исследование организационно-правовой базы построения защищенных медицинских информационных систем (МИС). Информатизация системы здравоохранения в России в последнее десятилетие привела к созданию большого числа прикладных информационных систем в медицине в рамках нацпроекта «Здоровье» и реализации региональных пилотных проектов. Ежегодно подводятся итоги конкурса «Лучшая медицинская информационная система» [1]. Анализ ряда российских МИС показывает, разработчики в основном
решают прикладные задачи диагностики, формирования отчетов, ведения регистров, мало уделяя внимание вопросам защиты информации.
Информация, хранимая в МИС, входит в перечень сведений конфиденциального характера
[2], и поэтому требует применения мер по ее защите и поддержания должного уровня информационной безопасности системы. Это особенно актуально в связи с необходимостью интеграции МИС федерального и регионального уровней, развитием технологий телемедицины [3] и
внедрением электронных карточек здоровья, как носителей персональных данных субъектов о
состоянии здоровья, назначенном лечении, результатах диагностики и т.д. [4].
Специфика медицинской информации и общие требования к построению систем хранения
обработки и передачи медицинских данных отражены как в международных [5,6], так и в российских стандартах [7]. Наряду с этим, при построении информационных систем обработки
персональных данных в любой прикладной области необходимо руководствоваться принятыми
федеральными законами [8-11] и действующими стандартами в сфере информационных технологий, методов и средств обеспечения конфиденциальности и безопасности информации [12 20]. При этом реализация требований по обеспечению информационной безопасности целиком
возлагается на разработчиков МИС и средств защиты информации.
Согласно нормативным документам архитектура безопасности МИС представляет собой
комплекс средств защиты информации на аппаратном, программном и организационном уровнях с учетом моделей угроз безопасности [13].
Организационный уровень управления безопасностью предполагает наличие в учреждении: утвержденной руководителем политики безопасности; назначение должностного лица или
структурного подразделения, ответственных за обеспечение безопасности персональных данных; перечня защищаемых информационных ресурсов и определение режима обеспечения их
безопасности; утверждение списка лиц, имеющих доступ или выполняющих обработку персональных данных согласно должностным обязанностям на основе трудовых договоров. Здесь
должно быть обеспечено: своевременное обнаружение фактов несанкционированного доступа;
охрана технических средств автоматизированной обработки информации; возможность восстановления данных при их утере; проведение мероприятий по защите информации; аудит уровня
безопасности; заключение о вводе в эксплуатацию системы защиты информации; обучение
лиц, использующих средства защиты [11].
Аппаратный уровень управления безопасностью определяет комплекс технических средств
защиты от воздействий внешней среды, перебоев в подаче электроэнергии, несанкционированных подключений к сети, резервирования дисковых массивов с важной информацией, защищенной сегментации сети, контроля внешнего доступа через шлюзы безопасности и межсетевые экраны [14].
На программном уровне системы защиты информации определяются антивирусные средства , firewalls, аутентификация пользователей, защита документов электронной цифровой подписью [9], алгоритмы и программы криптографической защиты данных [19,20] и авторизация
доступа к сетевым ресурсам и базам данных.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
449
Литература
1. http://www.itm.consef.ru/ - Материалы ежегодной всероссийской специализированной конференции «Информационные технологии в медицине».
2. Указ Президента РФ «Об утверждении перечня сведений конфиденциального характера»
№188 от 06.03.1997 (в ред. Указа Президента РФ от 23.09.2005 N 1111).
3. Концепция развития телемедицинских технологий в Российской Федерации. Приказ Минздрава РФ и РАМН от 27.08.01 № 344/76.
4. ENV 13606:1999 (Part 1-4). Health Informatics. Electronic Healthcare record communication (Информатика в здравоохранении. Коммуникации электронных записей в здравоохранении).
5. ENV 12443:1996. Medical Informatics. Healthcare Information Framework (Медицинская информатика. Структура информации в здравоохранении).
6. ENV 13608:1999 (Part 1-3). Health Informatics. Security for Healthcare communication (Информатика в здравоохранении. Безопасность коммуникаций в здравоохранении).
7. Информационные системы в здравоохранении. Общие требования ОСТ 91500.01.0007-2000.
8. Федеральный закон №152-ФЗ от 27.07.2006 «О персональных данных».
9. Федеральный закон №1-ФЗ от 10.01.2002 «Об электронной цифровой подписи».
10. Федеральный закон №149-ФЗ от 27.07.2006 «Об информации, информационных технологиях и о защите информации».
11. Постановление Правительства РФ №781 от 10.11.2007 «Об утверждении положения об
обеспечении безопасности персональных данных при их обработке в информационных системах персональных данных».
12. ГОСТ Р 50922-2006. Защита информации. Основные термины и определения.
13. ГОСТ Р 51275-2006. Защита информации. Объект информатизации. Факторы, воздействующие на информацию.
14. ГОСТ Р ИСО/МЭК 17799-2005. Информационная технология. Практические правила
управления информационной безопасностью.
15. ГОСТ Р ИСО/МЭК 13335-1-2004 Информационная технология. Методы обеспечения безопасности. Менеджмент безопасности информационных и телекоммуникационных технологий.
Часть 1. Концепция и модели менеджмента безопасности информационных и телекоммуникационных технологий.
16. ГОСТ Р ИСО/МЭК 13335-3-2007. Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Часть 3. Методы менеджмента безопасности информационных технологий.
17. ГОСТ Р ИСО/МЭК 13335-4-2004 Информационная технология. Рекомендации по менеджменту безопасности информационных технологий. Часть 4. Выбор мер защиты.
18. ГОСТ Р ИСО/МЭК 13335-5-2006. Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Часть 5. Руководство по менеджменту безопасности сети.
19. ГОСТ Р 28147-89. Система обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм
криптографического преобразования.
20. ГОСТ Р 34.10-94. Информационная технология. Криптографическая защита информации.
Процедуры выработки и проверки электронно-цифровой подписи на базе асимметричного
криптографического алгоритма.
Применение современной элементной базы для создания малогабаритного лидара
П.С. Смирнов
Казанский государственный технический университет им. А. Н. Туполева,
E-mail: smir-pavel@mail.ru
В настоящее время наиболее распространенные области применения лидаров – это исследование свойств атмосферы, применение в геологии и картографии для создания трехмерных
моделей рельефа земной поверхности. Большинство лидаров состоит из трех основных частей:
передающей, приемной и системы управления[1,2]. Передающая часть лидара содержит лазер-
450
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
ный источник и оптическую систему для формирования выходного пучка. Рассеянное в исследуемом объекте излучение собирается телескопом, направляется в спектроанализатор и регистрируется чувствительным фотоприемником (Рис.1.).
Рис.1. Принципиальная схема лидара, передающая (а) часть, приемная часть(б),
система управления (в)
Институтом Оптики Атмосферы им. В. Е. Зуева выпускаются относительно небольшие лидары "Лоза-МС" и "Атмарил-3", работающие по этому принципу.
Лидар "Лоза-МС" [3] предназначен для контроля тропосферы до высот 10-12 км. с разрешением 3-15 м. Данная модель позволяет сканировать окружающее пространство и получать
трехмерные модели аэрозольных полей в тропосфере, облачных образований, а также анализировать состав выбросов источников экологического загрязнения. Лазер, используемый в лидаре, работает в импульсном режиме на частоте 530 нм., при этом он потребляет электрическую
мощность 2 кВт. Телескопическая система имеет диаметр 0.3 м.
Лидар "Атмарил-3" [4] предназначен для атмосферных и гидрологических измерений с
борта самолета или судна. При сканировании морской воды лидар способен измерять прозрачность воды, обнаруживать скопления рыбы на расстоянии до 20м, а также детектировать наличие нефтяной пленки. Прибор смонтирован в виде двух электронных блоков и оптического
приемно-передающего блока и имеет размер 1x1.2x0.7 м.
Современная промышленность предоставляет широкий спектр миниатюрных аналогов
практически всех компонентов традиционной схемы лидара: компактные малопотребляющие
полупроводниковые лазеры, миниатюрные голограммные дифракционные решетки, компактные фотодиодные линейки и матрицы с высоким разрешением. Это позволяет создать аналогичный прибор, но существенно более компактный и легкий.
Широко распространены лазерные диоды [5], это компактные устройства, смонтированные
в индивидуальном корпусе с характерным размером около 10 мм. Резонатор является эталоном
Фабри-Перо, он задает набор мод лазерного диода. Модельный ряд лазеров этого типа охватывает широкий спектральный диапазон от 370 нм до 1100 нм, но спектр конкретной модели довольно узкий (2-3 нм). Частота излучения лазерного диода зависит от температуры с крутизной
0.25 нм/ºК, это позволяет точно сканировать спектральную область вокруг центральной частоты излучения. Таким образом, используя набор лазерных диодов, можно охватить весь интересующий спектр.
В современных разработках активно применяются вогнутые голограммные дифракционные решетки(ВГДР) [6]. Решетки позволяют оптимизировать параметры спектроскопических
приборов: уменьшить влияние аберраций, повысить разрешение, снизить уровень рассеянного
света, а также улучшить массогабаритные показатели. Управляя режимом записи голограммных дифракционных решеток, можно получать решетки с заранее рассчитанными, минимизированными аберрациями. К настоящему времени получены ВГДР, имеющие 6000 шт/мм, размеры решеток определяются характеристиками лазерных пучков, используемых при их записи,
могут быть созданы решетки от 50 до 600 мм. Также применяются неклассические дифракционные решетки. При их изготовлении используется несколько базовых методов, также позволяющих свести к минимуму аберрации:
- создание решеток с изменяющимся шагом нарезки;
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
451
- создание решеток на асферических поверхностях, имеющих различные радиусы кривизны в меридиональном и сагиттальном сечениях;
- использование искривленных штрихов.
Наибольшими коррекционными возможностями обладают решетки, для которых применено несколько методов, например, искривленные штрихи и неэквидистантный шаг нарезки.
Таким образом, с использованием современной элементной базы возможно создание компактного лидара. Благодаря своим малым размерам и массе, низкому энергопотреблению, высокому пространственному разрешению, такие лидары можно будет применять в новых областях исследований. Компактный лидар открывает новые возможности для локального экологического мониторинга, то есть анализа окружающей среды на небольших расстояниях (10-100
м). Носимые лидары с малыми габаритами и массой востребованы в таких областях, как анализ
газов на технологических объектах химической и добывающей промышленности, поиск утечек
газообразных веществ в помещениях. Перспективно использовать лидар ближнего действия
для массовых экспресс-анализов выхлопных газов автомобилей, так как, являясь спектроскопическим прибором, лидар способен анализировать сразу несколько компонентов и работать в
непрерывном режиме длительное время.
Литература
1. Лазерный контроль атмосферы. Под ред. Э. Д. Хинкли (М.: Мир, 1979).
2. Б. И. Васильев, У. М. Маннун. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды // Квантовая электроника, 36, 801, 2006.
3. www.uctt.ru/soran_r
4. www.t-park.ru/fair
5. www.toptica.com
6. Пейсахсон И. В. Применение вогнутых дифракционных решеток в спектральных приборах //
Современные тенденции в оптике и спектроскопии. Новосибирск: Наука, 1982. С. 94 – 125.
Обеспечение оптимальной структуры модели при моделировании происшествий
Л.П. Соловьев
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: center@mivlgu.ru
При формализации и моделировании происшествий в человеко-машинных системах ошибки чаще всего обусловлены выбранной (излишне усложненной или слишком упрощенной)
структурой модели. Излишняя детализация исследуемого технологического процесса или объекта приводит к громоздкой модели, которую трудно обеспечить исходными данными, и очень
велики трудозатраты на подготовку и использование модели. Но слишком упрощенное формальное представление технологического процесса или объекта обычно приводит к потере точности моделирования. Поэтому очень важным является четкое формулирование характеристик
возможных происшествий в человеко-машинной системе и определение оптимального набора
исходных событий-предпосылок к возникновению этих происшествий. В [1] определение оптимального набора исходных событий-предпосылок относят скорее к искусству, чем к науке, а
в качестве рекомендаций может быть практическое исключение возможности одновременного
появления двух и более событий-предпосылок, объединенных условиям "ИЛИ", так как вероятность их совместного появления равна произведению маловероятных наборов событий, т.е.
практически равна нулю, а и из данного набора представляется обоснованным выбирать лишь
те слагаемые структурной функции, вероятность появления которых выше на два - три порядка.
Согласно рекомендациям [2] определение оптимального набора исходных событийпредпосылок целесообразно проводить с использованием анализа частот и анализа последствий.
С помощью анализа частот является определение частоты каждого события-предпосылки,
выявленного на стадии анализа человеко-машинной системы. Это можно осуществлять с помощью трех основных методов:
452
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
а) использование статистических данных по частоте возникновения данные событийпредпосылок в прошлом при эксплуатации аналогичных человеко-машинных систем.
б) при отсутствии статистических данных можно осуществлять прогнозирование частот
возникновения данных событий-предпосылок посредством анализа системы и ее аварийных
состояний за счет использования методов имитационного моделирования отказов оборудования и разрушений конструкции вследствие усталости, старения и т.п.
Проведение анализа последствий дает возможность определения результатов воздействия
на людей, оборудование или окружающую среду опасности в результате возникновения нежелательного события-предпосылки. Воздействие опасности обычно проявляется в виде выбросов
токсичных материалов, пожаров, взрывов, излучения частиц из разрушающегося оборудования
и т. д. Это дает возможность прогнозирования размера ущерба в результате аварий, катастроф и
других явлений.
Сочетание в исходной цепи событий-предпосылок имеющих наибольшую частоту появления и дающих наибольший ущерб при возникновении происшествия и обеспечивает оптимальную структуру модели возникновения и развития происшествия.
Литература
1. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. М:ГНТП «Безопасность», МИБ СТС, 1996.
2. ГОСТ Р 51901.1-2002. Анализ риска технологических систем
Моделирование нестационарных случайных процессов
человеко-машинных систем в среде MATLab
В.В. Фролов, С.Н.Середа
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: sns_murom@mail.ru
Широкое применение в задачах анализа и синтеза процессов и систем нашла среда математического моделирования Matlab благодаря наличию большого числа прикладных пакетов
расширений, подсистеме имитационного моделирования Simulink и встроенному языку программирования высокого уровня [1, 2]. Среда Matlab, как и многие другие аналогичные средства моделирования, имеет набор встроенных функций (exprnd, normrnd, unifrnd и др.), а также
Simulink-датчиков для генерирования последовательностей псевдослучайных чисел с заданными параметрами и законами распределения. Характерной особенностью моделируемых случайных процессов является их стационарность в определенном смысле, то есть неизменность во
времени статистических характеристик (моментов, АКФ, закона распределения) [3].
Проблема моделирования нестационарных случайных процессов имеет большое значение
при системном анализе и оценке факторов аварийности и травматизма производственных и
природных процессов в человеко-машинных системах [4]. Характер основных факторов аварийности (человеческих, машинных, природных) позволяет отвергнуть гипотезу об их стационарности.
Так, функция реакции человека-оператора на изменение внешних условий и возникновение нестандартной опасной ситуации характеризует нестационарный случайный процесс. При
этом, Ψ(t)≡Mτ, где τ – время реакции. Очевидно, что среднее ожидаемое время реакции Mτ есть
случайная величина, изменение которой во времени определяется влиянием ряда факторов (интенсивностью работ, комфортностью рабочей среды, информационной нагрузкой, квалификацией и физиологическим состоянием). Интенсивность работ характеризует технологическую
нагрузку согласно маршрутной карте техпроцесса, должностной инструкции, графику и режиму работ. Комфортность рабочей среды определяется концепцией 3U, характеризующей климатические (уютно), эргономические (удобно) и эстетические (удовлетворенно) факторы. Информационная нагрузка определяется числом параметров системы, контролируемых челове-
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
453
ком, динамику их изменения и психологию восприятия. Известны факты, что внезапный большой поток информации вызывает у человека интеллектуальный шок, что новая информация
адекватно воспринимается только первые 15 минут, что информация, представленная на непонятном языке в закодированном виде не поддается оперативному анализу. Квалификация характеризует уровень знаний, умений и навыков, в том числе знание методов и средств действий
в чрезвычайных ситуациях. Само возникновение таких ситуаций является дестабилизирующим
фактором. Физиологическое состояние человека-оператора является определяющим фактором
его восприятия окружающей действительности. Утомление, болезнь, сбой биоритмов, стресс и
депрессия негативно сказываются на работоспособности человека.
Функция надежности технической системы R(t) связана с функцией отказов и традиционно
характеризуется показательным законом распределения, параметром которого является интенсивность отказов в единицу времени λ, принимаемая часто за константу на основе известных
статистик. Однако этот параметр может быть и случайной величиной, зависящей от структуры
системы, состояния элементов, соблюдения графиков техобслуживания, влияния внешних природных факторов (температура, давление, влажность) а также правильного использования системы и ее элементов по назначению. Надежность системы во многом определяется надежностью ее самых «слабых» элементов. Учитывая сложность и многокомпонентность современных
технических систем, возникновение отказа одного элемента может вызвать каскадный эффект,
что в итоге приводит к отказу всей системы. Поэтому, интенсивность отказов является в общем
случае нестационарной случайной величиной.
При прогнозировании погоды и изменений климата в качестве основного рабочего инструмента применяют моделирование параметров, характеризующих погодные условия на основе
накопленных по результатам наблюдений статистик и оперативных данных. К числу таких параметров относят температуру, давление, влажность, силу и направление ветра, вероятность
осадков и т.д.. Все эти показатели носят случайный нестационарный характер, который проявляется тем сильнее, чем активнее оказывают воздействие человек и техносфера на окружающую среду.
1
0.678
1
0.8
0.6
xt
Pi
0.5
mxt
0.4
0.2
0
0
0
0
0
100
200
300
t
400
0
500
0
500
0
20
40
60
80
i
100
99
Рис.1. Результаты моделирования нестационарных случайных процессов
Целью работы является исследование методов синтеза нестационарных случайных процессов в среде MatLab. Основными признаками нестационарных случайных процессов являются:
изменение математического ожидания и/или дисперсии (СКО) во времени (рис.1а); изменение
коэффициента корреляции во времени или закона распределения случайной величины (рис.1.б).
Такие изменения по отдельности или совместно могут происходить, как детерминировано по
некоторой функции или алгоритму, так и случайно, а также непрерывно на каждом шаге модельного времени или дискретно, в том числе скачкообразно.
В докладе приводятся математические модели, структурные схемы генераторов и результаты моделирования нестационарных случайных процессов и оценка их статистических характеристик.
Литература
1. Бенькович, Е.С., Колесов, Ю.Б., Сениченков, Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 464с.
454
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
2. Дьяконов, В. Круглов, В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Спец.
справочник. – СПб.: Питер, 2002. – 448с.
3. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. – М. Высшая школа,
1999.-479с.
4. Белов, П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере. – М.:
Академия, 2003.-512с.
Мониторинг водяного пара в атмосфере с помощью навигационных сигналов
В.В. Чукин, Е.С. Алдошкина, И.В. Обрезкова
Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург,
E-mail: chukin@rshu.ru
В настоящее время для дистанционного зондирования водяного пара в атмосфере используются следующие методы радиозондирование атмосферы, лазерное зондирование и микроволновое зондирование. Радиозондирование и лазерное зондирование относятся к активным
дистанционным методам. Они основаны на исследовании эффектов взаимодействия электромагнитного излучения, генерируемого специальным радиотехническим устройством, с атомами, молекулами, отдельными гидрометеорами и метеорологическими объектами атмосферы.
Микроволновое зондирование относится к пассивным методам. Его основой является зависимость теплового излучения атмосферы от вертикальных профилей температуры воздуха, аэрозоля и удельного содержания атмосферных газов, оптически «активных» в используемом для
проведения измерений спектральном диапазоне, облаков и ряда других.
Однако эти методы обладают рядом недостатков. Наилучшую точность измерения влажности воздуха обеспечивает использование радиозондирования атмосферы, но данный метод позволяет проводить измерения только два раза в сутки и точность измерений сильно снижается
при температуре воздуха ниже -40 ºС. Высокое пространственное разрешение и хорошую точность обеспечивает метод лазерного зондирования атмосферы, однако аппаратура зондирования не получила широкого распространения из-за высокой стоимости. При этом диапазон высот зондирования и точность определения влажности как лазерным, так и микроволновым методами сильно зависят от наличия облаков в атмосфере. Кроме того, микроволновый метод
зондирования обладает невысокой точностью.
Таким образом, имеется необходимость создания метода, который с одной стороны, давал
бы высокую точность измерения влажности воздуха, а с другой стороны, был доступным, надежным, простым и экономичным в эксплуатации. Таким методом может быть метод дистанционного зондирования водяного пара навигационными радиосигналами, который позволяет
осуществлять расчет содержания водяного пара в атмосфере по данным наземной регистрации
радиосигналов космических аппаратов глобальной навигационной спутниковой системы [1, 2].
Содержание водяного пара определяется на основе измерений задержек радиосигналов в тропосфере, которые появляются в результате уменьшения фазовой скорости радиоволн за счет
эффекта поляризации молекул азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара. На основе
данных измерений задержек радиосигналов в атмосфере решается обратная задача дистанционного зондирования: определяется вертикальный профиль показателя преломления радиоволн
с помощью метода статистической регуляризации, а затем восстанавливается профиль влажности воздуха. При восстановлении вертикального профиля показателя преломления радиоволн
используется информация о межуровенной корреляции основных метеорологических параметров (температуры, влажности воздуха и атмосферного давления).
Межуровневый коэффициент корреляции показателя преломления радиоволн складывается из произведений квадратов производных по каждому из параметров и корреляционной
функции этого метеорологического параметра. Корреляционные функции полей температуры
воздуха и атмосферного давления убывают с высотой и испытывают влияние приземных инверсий и облаков нижнего яруса. По мере увеличения расстояния между коррелируемыми
уровнями коэффициент корреляции поля водяного пара существенно уменьшается и достигает
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
455
минимальных положительных значений в верхней тропосфере. Коэффициенты корреляции поля водяного пара имеют вторичный максимум, который наблюдается около уровня 650 гПа и
связан с повышением содержания водяного пара в облаках нижнего и среднего ярусов.
Таким образом, при уточнении вертикальных корреляционных связей температуры, влажности и давления, мы можем учесть наличие приземных инверсий и облаков в различные сезоны года на различных территориях, что позволит улучшить точность восстановления вертикального профиля водяного пара в атмосфере. Проведенные численные эксперименты показали, что наибольшей информативностью обладают значения измерений задержек радиосигналов, полученные при углах места навигационных спутников менее 5 градусов над горизонтом.
Данный метод позволяет получать важную информацию о вертикальном распределении
содержания водяного пара в нижних слоях атмосферы. К достоинствам метода относятся его
оперативность, "всепогодность" (независимость от наличия облаков), полная автоматизация,
отсутствие расходных материалов при проведении дистанционного зондирования атмосферы.
Информация, получаемая этим методом, может быть использована в региональных численных
моделях прогноза погоды с целью улучшения качества прогноза и его пространственной детализации.
Направлением дальнейших исследований является оценка точности определения вертикального профиля влажности воздуха при различных положениях космических аппаратов глобальной навигационной спутниковой системы над горизонтом, наличии облачности и слоев
инверсии температуры в различные сезоны года.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Кадры» ГК № П1549.
Литература
1. Flores A., Ruffini G.., Rius A. 4D tropospheric tomography using GPS slant wet delays // Ann.
Geophysicae. – 2000. – Vol.18. – P.223-234.
2. Чукин В.В. Применение сетевых технологий при построении системы дистанционного зондирования атмосферы с помощью глобальной навигационной спутниковой системы // Успехи
современного естествознания. – 2008. – №11. – С.58.
Ресурсосберегающая технология водооборота шахтных вод
на горнодобывающих предприятиях Казахстана
С.Н. Шапошник, Ю.Н. Шапошник
Восточно-Казахстанский государственный технический университет,
070004, Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Протозанова, 69,
E-mail: shaposhnikyury@mail.ru
В настоящее время для приготовления закладочной смеси на бетоно-закладочных комплексах (БЗК) Малеевского рудника Зыряновского ГОК АО «Казцинк» используют хозпитьевую воду с Хамирского водозабора, что существенно удорожает процесс закладочных работ.
Производственные и хозбытовые сточные воды, образующиеся в результате технологических
операций (дренаж воды после закладочных работ, бурение шпуров и скважин, орошение горной массы и горных выработок и др.) и грунтовая вода, выделяющаяся при обнажении горных
пород, транспортируются по трубопроводам через ствол шх. «Малеевская» на очистные сооружения шахтных вод Малеевского рудника. Смесь шахтных и хозбытовых сточных вод Малевского рудника в объеме стоков 302 м3/ч, очищенных на очистных сооружениях, сбрасывается
самотеком по подземному коллектору рассредоточено в реку Бухтарма.
Проверками природоохранной деятельности Малеевского рудника отмечено, что с 2002
года содержание веществ группы азота (NO2, NO3, NH4) в технических шахтных водах превышает допустимые нормы в десять и более раз.
Перспективным направлением создания ресурсосберегающей технологии закладочных работ на подземных рудниках следует считать использование шахтной воды в технологическом
процессе на БЗК [1].
456
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
Концентрац
ия
элементов,
mg/1
Авторами статьи были проведены сравнительные испытания закладочных смесей с хозпитьевой и шахтной водой и использованием химической добавки Рozzolith MR 55 с целью выявления влияния шахтной воды и химических добавок на реологические свойства закладочных
смесей и прочностные характеристики закладки.
Концентрация элементов в питьевой воде, шахтной воде и шахтной воде после ее очистки
методом известкования, используемой для затворения цемента в закладочной смеси на Малеевском руднике, была определена на масс-спектрометре американской фирмы «Agilent technologies» (рис. 1), а определение структуры и химического состава образцов закладки - на растровом электронном микроскопе японской фирмы «JEOL» с приставкой EDS фирмы «OXFORD»
(рис. 2) в региональной университетской лаборатории инженерного профиля ВосточноКазахстанского государственного технического университета.
20
15
1
10
2
5
3
0
Сa
Mg
Na
K
Fe
Химические элементы
1 - при использовании хозпитьевой воды; 2 - при использовании шахтной воды; 3 - при использовании шахтной очищенной воды методом известкования
Рис. 1. Диаграмма наибольших концентраций элементов в питьевой воде, шахтной воде и шахтной
воде после ее очистки методом известкования, используемой для затворения цемента в закладочной смеси на Малеевском руднике
В результате лабораторных исследований на БЗК Малеевского рудника Зыряновского ГОК
АО «Казцинк» установлено влияние химического состава воды и влияния химических добавокпластификаторов Pozzolith MR 25 и Pozzolith MR 55 на прочность закладки для закладочной
смеси следующего состава: цемент М-400 - 60 кг/м3; граншлак молотый, класс -0,08 - 120 кг/м3;
граншлак молотый, класс +0,08 - 120 кг/м3; пески отвальные + 2,5 - 470 кг/м3; легкая фракция +
2,5 - 705 кг/м3; вода - 460 кг/м3, вода для затворения вяжущих использовалась трех химических
составов (хозпитьевая вода с Хамирского водозабора; вода, выдаваемая из шахты и шахтная
очищенная вода на очистных сооружениях Малеевского рудника методом известкования); химические добавки-пластификаторы Pozzolith MR 25 и Pozzolith MR 55.
Весовая
масса, %
60
40
1
20
2
0
С
О
Mg
Al
Si
S
К
Ca
Fe
Na
Cl
Химические элементы
1 - с использованием хозпитьевой воды; 2 - с использованием шахтной воды
Рис. 2. Диаграмма вещественного состава образцов-кубов закладочного массива, сформированного
из закладочной смеси с использованием хозпитьевой и шахтной воды на Малеевском руднике
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
457
Результаты лабораторных исследований образцов-кубов закладки на прочность в возрасте
28 суток показали, что использование шахтной воды в качестве затворителя практически не
влияет на прочность закладки [2].
Однако для выявления влияния шахтной воды на прочностные характеристики сформированных закладочных массивов в возрасте 90 и 360 суток и реологические свойства закладочных
смесей целесообразно проведение дополнительных лабораторных и опытно-промышленных
исследований.
Указанные в различных источниках сведения об агрессивном воздействии вод на твердеющую закладку относятся к бетонам, приготовленным на портландцементе, силикатном и
некоторых других цементах. Твердеющие смеси, приготовленные на цементах и других вяжущих веществах с низким содержанием трехкальциевого алюмината и выделяющих незначительное количество свободной гидроокиси кальция, более устойчивы к агрессивному воздействию минерализованных вод. Поэтому в некоторых случаях для затворения смеси можно использовать даже агрессивные рудничные воды. Следует лишь иметь в виду, что использование
агрессивных вод повышает износ оборудования и закладочных трубопроводов в обычном исполнении. Поэтому, естественно, что при использовании шахтных вод для приготовления закладки необходим оперативный контроль за их химическим составом и комплекс мероприятий
по их очистке и нейтрализации.
Использование шахтной воды в технологическом процессе приготовления закладки на Малеевском руднике АО «Казцинк» позволяет снизить негативное влияние горных работ на окружающую среду и получить значительный экономический эффект.
Литература
1. Крупник Л.А., Шапошник Ю.Н. Ресурсосберегающая технология закладочных работ на подземных рудниках // Горный журнал Казахстана, № 6, Алматы, 2007. - С. 10-13.
2. Березиков Е.П., Крупник Л.А., Шапошник С.Н., Шапошник Ю.Н. Пути диверсификации
компонентов закладочных смесей в технологическом процессе приготовления закладки // Горный журнал Казахстана, № 4, 2009. - С. 16-19.
О стандартизации в области хранения медицинских снимков
Р.В. Шарапов
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: info@vanta.ru
При создании и использовании медицинских систем возникает необходимость работы с
графическими снимками. Для хранения снимком могут использоваться различные графические
форматы и возникает проблема выбора – какой из них стоит выбрать за основу? Требования к
выбираемому формату можно сформировать следующим образом – он должен позволять сохранять всю необходимую врачам информацию, обеспечивать эффективное сжатие информации и быть понятным другим системам.
Существует несколько подходов к решению данной проблемы. Первый заключается в использовании стандартных форматов, применяемых в современных операционных системах и
графических редакторах. Такими форматами являются BMP, JPEG, J2000, GIF, TIFF, PNG и т.д.
[1, 2, 3]. Преимущество таких форматов очевидно – они имеют широкое применение и существует множество решений, обеспечивающих работу с ними. Это облегчает обмен информацией
между медицинскими системами и облегчает внедрение. Недостатком является, как не странно,
именно «стандартизированность» таких форматов. Это не дает возможности хранить в них дополнительную информации о снимках (время и место съемки, удаление от объекта съемки,
применявшиеся средства и оборудование), которая могла пригодиться врачам. Кроме того, иногда требуется работа со снимками не стандартных параметров (например, 12 битная глубина
серого).
458
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
Второй подход заключается в применении медицинских графических стандартов. Такими
форматами являются, например, DICOM и Mayo/SPM Analyze [4, 5, 6]. Преимущество их заключается в том, что эти форматы «заточены» именно для медицинских снимков. По этой причине, они позволяют хранить всю дополнительную информацию и совместимы с большинством медицинской техники. Недостатком является дороговизна существующих решений –
большинство модулей являются платными. Как не странно, открытые и бесплатные реализации
часто являются несовместимыми друг с другом. Например, сравнение реализаций DICOM показало, что сжатые в них изображения часто не совместимы друг с другом [7]. Это создает некоторые сложности в совместимости различных систем.
Третий подход заключается в применение собственных решений, наиболее отвечающих
потребностям той или иной системы. В данном случае можно учесть абсолютно все особенности каждого снимка. В тоже время вопрос обмена информацией с другими системами становится основным, так как получаемые снимки будут несовместимы с другими системами. Для
обеспечения обмена требуется переконвертация в один из стандартных графических форматов
(при этом, естественно, потеряется все мета-информация о снимке). Кроме того, вопросы реализации ложатся полностью на разработчика, что требует больших временных затрат [7, 8].
Какой-же подход стоит выбрать при разработке новых систем? Если необходимо быстро
сделать небольшую систему, не требующую использования мета-информации об изображениях, то лучшим выбором является первый подход. К тому же решается вопрос с обменом информацией с другими системами и позволяет подключать внешние графичечкие программы
для работы со снимками. Если же планируется разработка крупной системы, работающей с современным медицинским оборудованием, то выбрать необходимо второй подход. Именно он
способен обеспечить полное использование всех возможностей современного медицинского
оборудования, а также перспективы дальнейшего роста системы.
Литература
1. Мюррей Д.Д., Райнер У. Ван. Энциклопедия форматов графических файлов. Пер. с англ. –
Киев: BHV, 1997 – 535с.
2. Романов В.Ю. Популярные форматы файлов для хранения графических изображений на IBM
PC – М: Унитех, 1992. – 320с.
3. Сван Т. Форматы файлов Windows. – М.: Бином, 1995. – 258с.
4. Oosterwijk H., Gihring P. DICOM Basics; 3nd ed. – OTech, Inc., Aubrey, TX; 2002.
5. Pianykh O. Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM): A Practical Introduction
and Survival Guide – Springer, 2008. 384 p.
6. Revet B. DICOM Cook Book for Implementations in Modalities –Philips Medical Systems, 1997
7. Шарапов Р.В. Анализ эффективности различных форматов хранения медицинских снимков //
Муром. Ин-т. Владимир. Гос. Ун-та. - Муром, 2000. Деп. в ВИНИТИ 22.03.00 N 716-B00. – 26с.
8. Шарапов Р.В. Некоторые аспекты разработки и внедрения информационных систем в медицинских учреждениях // Пути совершенствования первичной, медико-санитарной помощи в
агропромышленном регионе. Сборник трудов научно-практической конференции. – г. Барнаул:
Изд-во. КБМСИ, 2000. С.71-77
Является ли атомная энергетика безальтернативной?
Р.В. Шарапов, Н.Ф.Киселев
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: info@vanta.ru
В настоящее время в Российской Федерации наблюдается бурное развитие атомной энергетики. Сейчас в России функционирует 10 атомных электростанций суммарной мощностью в
23243 МВт. Планируется постройка ряда атомных электростанций, способных обеспечить не
только энергетические потребности России, но и соседних стран – Костромской, Северской,
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
459
Калининградской, Тверской, Южно-Уральской и Нижегородской (Монаковской) АЭС. К 2030
году Россией планируется увеличение производства электроэнергии в 4 раза. Аналогичным направлением движутся и другие страны, стремящиеся приручить атомную энергию. Уже несколько лет не стихают споры, связанные с атомной программой Ирана.
По мнению российских атомщиков, строительство АЭС позволяет получить наиболее дешевую энергию при минимальных финансовых затратах (см. таблица 1).
Таблица 1. Полная стоимость производства электроэнергии. Цена в евро центах за кВт×ч
Технология
Уголь
Нефть
Газ
Ветер
Гидроэнергия
Ядерная энергия
Внешние затраты (затраты
на топливный цикл)
2,0
1,6
0,36
0,22
0,22
0,04
Финансовые затраты
Всего
5,0
4,5
3,5
6,0
4,5
3,5
7,00
6,10
3,86
6,22
4,72
3,54
Таблица 2. Количество атмосферных выбросов от различных топливных циклов, г/(кВт×ч)
Вид выброса
SOx
NOx
CO
CH4
CO2
Твердые частицы
Ядерный
1,500
0,400
0,010
0,005
8,000
0,400
Топливный цикл
Угольный
Нефтяной
12,500
8,300
3,000
4,500
0,240
0,610
0,050
1,250
1100,00
640,000
0,900
0,860
На природном газе
13,700
3,400
0,060
0,010
530,000
0,140
По исследованиям концерна «Энергоатом», атомные электростанции производят наименьшее количеств выбросов в атмосферу газов и твердых частиц, по сравнению с другими видами станций [1]. В частности, выбросы углекислого газа в 65 раз меньше, чем от станций, работающих на природном газе и в 135 раз меньше станций, работающих на угле.
Рис. 1. Карта электроснабжения Европы на основе возобновляемых источников энергии
к 2050 году
Тем не менее, многое европейские страны не разделяют оптимизма по поводу атомной
энергии. Например, в Литве досрочно закрывается Игналинская АЭС. Власти страны намерены
460
Наука и образование в развитии промышленной, социальной и …
не только отказываются от дешевой электроэнергии, но и потратить более 2 миллиардов евро
на демонтаж станции.
Европейские страны ведут поиски альтернативных источников энергии. 13 июля 2009 года
десятки стран Европы, Африки и Аравийского полуострова начали работать над проектом
Desertec [2]. Несмотря на экономический кризис, страны-участницы готовы построить в Сахаре
сеть солнечных электростанций стоимостью в 400 миллиардов евро. Проект рассчитан на 40
лет. Планируется покрыть солнечными панелями 6.5 тысяч квадратных миль пустыни (0.18 %)
ее площади. Планируемая мощность вырабатываемой энергии должна составить 100 ГВт. Это
позволит полностью обеспечить потребности Европы и Северной Африки в электроэнергии. В
качестве устройств для получения энергии планируется использовать обычные зеркала изогнутой формы, концентрирующие излучение на теплоприемниках – трубках с маслянистой жидкостью. Накопленное тепло будет использоваться для нагрева воды, которая испаряясь, будет
вращать турбину [3].
Солнечную энергию используют и другие проекты. В Испании компанией Solar Millenium
строятся три солнечные электростанции (на основе фотоэлектрических установок) мощностью
150 МВт. Стоимость проекта составляет 900 миллионов евро. В Исландии стала действовать
геотермальная электростанция мощностью 213 МВт. Станция стоимостью в 280 миллионов евро построена компанией Reykjavik Energy. Продолжается строительство ветряных электростанций на побережье Европы и Северной Африки. Только одна ветряная электростанция, строящаяся в Швеции, будет способна генерировать 4 ГВт электроэнергии.
Таким образом, альтернативные источники энергии не только существуют, но и вполне
жизнеспособны. И тот факт, что европейские страны всерьез намерены их использовать, несмотря на громадные финансовые вложения, подтверждает это. По этой причине, решение
энергетических проблем только за счет атомной энергии, хоть и оказывающей минимальное
воздействие на окружающую среду, но являющейся потенциально опасной, кажется нецелесообразным.
Литература
1. Нижегородская АЭС. Энергоблоки № 1 и 2. Предварительный вариант материалов по оценке
воздействия на окружающую среду – М: ОАО «Концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях» («Концерн Энергоатом»), 2009 – 419 с.
2. Сахаро-Шушенская // Комерсантъ Власть № 41, 2009. С. 60-61.
3. DESERTEC Foundation http://www.desertec.org
Киотское соглашение: экология или экономика?
Е.В. Шарапова
Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет»
602264, Муром. Владимирская область, ул. Орловская, 23,
E-mail: info@vanta.ru
Киотский протокол – это международный документ, который был принят в японском городе Киото в 1997 году как дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата.
Страны–участницы этого соглашения обязаны снизить выбросы парниковых газов в 2008 –
2012-тых годах в сравнении с 1990-тым годом. Киотский договор стал первым международным соглашением, основанным на рыночных механизмах регулирования (торговле эмиссионными квотами
на парниковые газы (CO2, CH4, N2O, SF6, гидрофторуглеводороды, перфторуглеводороды)).
Страны, участвующие в соглашении: Евросоюз, Япония, Канада, Россия, Украина. Страны,
не участвующие в нем: Китай, Индия, США, Австралия.
В процессе реализации этого соглашения у стран-участниц возникает много проблем, мнения специалистов по поводу него разделились.
Киотский протокол накладывает жесткие ограничения на эмиссию газов, что в условиях
современной экономики и конкурентной борьбы может вести к экономическому торможению.
Мониторинг окружающей среды и безопасность жизнедеятельности человека
461
По этому протоколу необходимо перевести всю промышленность на более экологичные механизмы производства, что требует больших затрат денег и времени. Экологизация производства– дорогостоящая процедура, она требует больших финансовых вливаний, обученный персонал, освоение новых технологий и методов очистки выбросов, внедрение технологий замкнутого круга производственных процессов. Не все страны сейчас способны осуществить такие перемены и уже несут экономические потери из-за соблюдения принятых норм.
Важный пробел Киотского соглашения в том, что оно не накладывает жестких ограничений на выбросы развивающихся стран. Таким образом, они могут осуществлять фактически
неограниченный выброс парниковых газов, тем самым развивая свою экономику. Всвязи с этим
предположением целесообразно сделать вывод о тенденции перемещения основных производств из Европы в развивающиеся страны.
Еще серьезным препятствием к контролю выбросов стран-участниц договора стало то, что
невозможно точно отследить, какое количество выбросов парниковых газов в стране. Это происходит из-за недостоверности отчетов предприятий промышленности, из-за функционирования нелегальных производств, а так же в связи со сложностью самой процедуры контроля. Существует мнение специалистов, что правильнее было бы заключить это соглашение между определенными крупными производящими компаниями и контролировать их, тогда процедура
контроля выбросов была бы четче и определеннее.
На возникшие экономические проблемы накладывается целесообразность ограничения выбросов как таковая. Так как критики Киотского протокола говорят о цикличности климатических изменений и о недоказуемости влияния выбросов на климат. Есть данные о том, что периодические извержения вулканов дают количество CO2 во много раз большее, чем вся промышленность Мира вместе взятая. А так же существует мнение о том, что содержание CO2 в
атмосфере постоянное и регулируется обменными процессами и круговоротами в биосфере.
Страны, не участвующие в Киотском протоколе (Китай, Индия, США, Австралия), объединились в другой экологический союз, не накладывающий жестких ограничений на экономику стран. То есть, нельзя сказать, что эти страны не заботятся о состоянии окружающей среды.
Таким образом, у Киотского соглашения есть много сторонников и противников, каждый
придерживается своей точки зрения и преследует свои интересы. Возможно, из-за этого так
сложно идут переговоры по продолжению международного сотрудничества по охране окружающей среды.