Суббота, 2020-10-31, 8:00 PM
Коллекция материаловГлавная

Регистрация

Вход
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Главная » 2014 » Июль » 14 » Скачать Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу. Истомина, бесплатно
11:41 PM
Скачать Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу. Истомина, бесплатно
Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу

Диссертация

Автор: Истомина, Надежда Юрьевна

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

Справка: Истомина, Надежда Юрьевна. Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу : диссертация кандидата технических наук : 05.13.18 Северск, 2005 161 c. : 61 05-5/3657

Объем: 161 стр.

Информация: Северск, 2005


Содержание:

Введение
Глава 1 Прогнозирование радиационной обстановки при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу
11 Математические модели распространения примесей в пограничном слое атмосферы
111 Факторы, определяющие рассеяние примесей
112 Использование уравнений механики сплошной среды для описания рассеяния примесей
113 Полуэмпирические модели
114 К-теория
115 Гауссовы модели рассеяния примесей
116 Стохастические модели
12 Методы расчета воздействия ионизирующего излучения
121 Пути воздействия ионизирующего излучения на человека
122 Основные дозиметрические величины
123 Мощность эквивалентной дозы, обусловленной наличием радионуклидов на подстилающей поверхности
124 Мощность внешней эквивалентной дозы, сформированной радиоактивным облаком
125 Мощность эквивалентной дозы, обусловленной вдыханием радиоактивных веществ
13 Требования к информационному обеспечению для поддержки принятия решений при аварийных выбросах радиоактивных веществ в атмосферу
Глава 2 Комплексная стохастически - детерминистическая модель распространения радиоактивных примесей в атмосфере и расчета индивидуальных доз облучения
21 Математическая формулировка модели
22 Численная формулировка модели
23 Идентификация параметров и верификация модели
231 Параметры турбулентной диффузии
232 Вымывание частиц осадками
233 Гравитационное оседание
234 Взаимодействие с подстилающей поверхностью
235 Моделирование аварийного выброса на РХЗ СХК
Глава 3 Структура геоинформационного экспертно - моделирующего комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу
31 Структура
32 Геоинформационная система
321 Системы координат для определения положения объектов
322 Реципиенты радиационного риска
323 Потенциально-опасные объекты
324 Цифровые модели местности и радиационной обстановки
33 Экспертно-аналитическая система
34 Моделирующая система
35 Методика использования геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса
Глава 4 Программный комплекс «АРИА» для прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в пограничный слой атмосферы
41 Основные характеристики
42 Реализация в рамках объектно-ориентированного подхода
43 Руководство пользователя
431 Главное окно программы
432 Управление объектами ГИС и параметрами моделирования
433 Настройки и текущая информация о выполнении расчета
434 Окна
435 Управление расчетом
436 Пункт меню «Анализ»
44 Применения ГИЭМК «АРИА» для проведения анализа радиационной обстановки

Введение:

Актуальность работы. Попадание вредных веществ в приземный слой атмосферы возможно как при штатной работе предприятий, так и в результате аварийных ситуаций. Аварийные выбросы могут привести к опасному для здоровья населения загрязнению окружающей среды. Основная задача подразделений гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, других служб заключается в оперативной ликвидации последствий выбросов, минимизации воздействия вредных веществ на население и персонал предприятий. Для принятия решения необходимо иметь возможность оперативно получать прогнозную оценку степени воздействия вредных веществ на население и окружающую среду. Прогнозная оценка сложившейся обстановки невозможна без информации о характере аварии, топографических данных, текущих метеоусловиях. Сведения, поступающие персоналу, ответственному за принятие решений по ликвидации последствий и минимизации воздействия вредных веществ, в условиях стресса и дефицита времени, нередко противоречивы. Соответственно, решения, принимаемые в этих условиях, могут быть неадекватными. Повышение оперативности и эффективности действий аварийных служб возможно с использованием специализированных информационных систем поддержки принятия решений.
Информационная система поддержки принятия решений по минимизации последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу должна предоставлять возможность хранения и обработки разнородных меняющихся с течением времени данных, оперативно прогнозировать и анализировать радиационную обстановку, поддерживать принятие решений по проведению радиационной защиты населения. Пространственный характер данных, необходимость их визуализации, анализа и работы с электронными картами местности приводят к необходимости применения геоинформационных систем при оценке последствий загрязнения окружающей среды [1 - 3]. Прогнозирование рассеяния радиоактивных примесей в атмосфере и расчет доз должны осуществляться на основе адекватных математических моделей. Исходными данными для моделей должны являться сведения, которые могут быть известны непосредственно при возникновении аварии и не требуют проведения дополнительных расчетов [4, 5]. Результаты расчетов должны отображать динамику изменения радиационной обстановки на карте местности, предоставляться в графическом, текстовом и табличном видах. Анализ радиационной обстановки должен проводиться на основе сопоставления полученных данных с принятыми критериями радиационной безопасности населения. Рекомендации должны вырабатываться в соответствии с требованиями нормативных документов. Требования представляют собой набор эвристических данных, которые могут быть формализованы с помощью логических правил. Возможности работы с эмпирическими и эвристическими данными предоставляются экспертными системами [6, 7]. Таким образом, информационная система оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу должна содержать геоинформационную, моделирующую и экспертную системы.
Количественное описание распространения радиоактивных веществ в атмосфере и их воздействие на население возможно на основе адекватной физико-математической модели. Модель должна описывать процессы, определяющие рассеяние примесей в атмосфере и воздействия ионизирующего излучения на население: ветровой перенос, турбулентную диффузию, гравитационное оседание, вымывание осадками, взаимодействие с подстилающей поверхностью, радиоактивный распад, внешний н внутренний пути формирования дозы. Кроме этого, модель должна позволять учитывать свойства подстилающей поверхности, параметры выброса, состояние устойчивости атмосферы, зависимость скорости и направления ветра с высотой, свойства радионуклидов.
В настоящее время для прогнозирования рассеяния примесей в атмосфере существуют модели, основанные на уравнениях механики сплошной среды [8 -11], полуэмпирические модели [8, 10, 12], стохастические модели [13 -28]. Использование уравнений механики сплошной среды позволяет получить распределение радиоактивных примесей с учетом неоднородности поля скорости ветра в горизонтальном и вертикальном направлениях, шероховатости подстилающей поверхности, изменения устойчивости атмосферы. При этом прогнозирование рассеяния примесей в атмосфере основано на данных, требующих множества замеров направления и скорости ветра, температуры. Трудности, связанные с обеспечением начальными данными и большие затраты машинного времени для решения уравнений делают нецелесообразным применение этих моделей в условиях аварийной обстановки, требующей проведения оперативных прогнозных расчетов.
Модели, основанные на значительных упрощающих допущениях, образовали класс полуэмпирических моделей описания рассеяния примесей в атмосфере, например, К-модели [12, 29-31] или гауссовы модели [12, 29, 30, 32, 33]. В основе К-моделей лежит уравнение турбулентной диффузии [30], в котором зависимость переноса примесей от состояния устойчивости атмосферы описывается тензором коэффициентов турбулентной диффузии. Аналитическое решение уравнения возможно при постоянных коэффициентах турбулентной диффузии. В других случаях, задача сводится к определению вида тензора и численному решению уравнения турбулентной диффузии [34, 35]. Гауссовы модели основаны на предположении о нормальном распределении примеси в пространстве в любой момент времени. Исходными данными гауссовых моделей являются скорость и направление ветра в точке выброса, класс устойчивости атмосферы, высота и мощность выброса. Эти данные не требуют множества замеров или проведения дополнительных расчетов. Гауссовы модели позволяют оперативно рассчитывать распределение примесей в приземном слое атмосферы с учетом гравитационного оседания, радиоактивного распада, вымывания осадками, шероховатости подстилающей поверхности. В настоящее время гауссовы модели являются моделями, рекомендованными МАГАТЭ для прогнозирования распространения примесей при возникновении аварийных ситуаций [36]. Недостатками полуэмпирических моделей являются использование упрощающих предположений значительно снижающих достоверность прогнозных расчетов. Кроме этого, гауссовы и К-модели не позволяют рассчитать наземные концентрации загрязняющих веществ, учитывать изменения метеоусловий с течением времени, сложный рельеф и неоднородности свойств подстилающей поверхности.
Стохастические модели основаны на построении траекторий ансамбля случайно блуждающих частиц [37]. Исходными данными для использования этих моделей также как и для гауссовых моделей являются: скорость ветра в точке выброса, параметры источника, мощность выброса, метеоусловия. Стохастические модели позволяют определять удельную плотность загрязнения атмосферы. Данные модели можно обобщить для расчета наземных концентраций примесей и внешнего и внутреннего воздействия излучения радионуклидов на человека. При этом могут быть учтены процессы ветрового переноса, турбулентной диффузии, гравитационного оседания частиц примеси, вымывания их осадками, взаимодействия с подстилающей поверхностью, радиоактивный распад.
Прогнозирование последствий радиационной аварии сводится к последовательному решению задач определения концентраций радиоактивных веществ в окружающей среде и расчету доз. Но в случае аварийного выброса информация о дозовых нагрузках должна быть доступна оперативному персоналу в самые ранние сроки [4, 5] в связи с необходимостью снижения уровней ингаляционного и внешнего облучения населения. Поэтому, необходима разработка комплексной математической модели, предназначенной для одновременного определения уровней загрязнения приземного слоя атмосферы и расчета доз.
В настоящее время разработано значительное количество информационных систем, предназначенных для решения различных задач, связанных прогнозированием распространения примесей в атмосфере. Например, экологический программный комплекс «Zone» [38], позволяющий рассчитывать рассеяние примеси в результате мгновенного и продолжительного выбросов, предназначен для оценки предельно допустимых концентраций. В рамках комплекса реализована модель рассеяния лагранжевых частиц [39]. Расчет доз отсутствует. Комплекс работает на персональном компьютере в операционной среде MS-DOS.
Программный комплекс «Чистый воздух - расчет рассеяния», разработанный ООО «Экологической фирмой «Лазурит», предназначен для проведения работ по экологической сертификации, паспортизации и аудиту [40]. Расчет рассеяния загрязняющих веществ проводится в соответствии с ОНД-86 [41].
Программный комплекс "Гарант-Универсал", разработанный НПО фирмой «Гарант» [42]. Расчет рассеяния вредных веществ проводится в соответствии с ОНД-86. Программный комплекс содержит программы, предназначенные для расчета рассеяния вредных веществ в воздухе, формирования проекта предельно допустимых выбросов, экологического паспорта предприятия, таблиц "Инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу" в соответствии со стандартными формами. В составе комплекса имеется программа "НУКЛИД", для расчетов полей среднегодовых концентраций радиоактивных веществ в приземном слое атмосферы, годовых выпадений на почву, а также доз облучения от среднегодовых концентраций радиоактивных веществ в атмосферном воздухе и от выпадений их на почву.
Система Recass - это система информационной поддержки решения задач чрезвычайных ситуаций, связанных с аварийным загрязнением окружающей среды. Основными задачами системы RECASS [43] являются сбор, обработка, систематизация и хранение данных мониторинга, представление результатов анализа состояния загрязнения на контролируемой территории, моделирование процессов распространения загрязняющих веществ в атмосфере, расчет индивидуальных и коллективных доз. В системе используются возможности геоинформационных систем, реализованы модели, основанные на разных методиках и, как следствие, имеющих разную оперативность. Система RECASS предназначена для работы в операционной среде UNIX с использованием стандартных средств MS Windows.
Программный комплекс «Призма» [44], разработанная в НПП «ЛОГУС», предназначена для автоматизированной поддержки принятия решений по формированию комплекса воздухоохранных мероприятий для предприятия на основе рассчитанных полей приземных концентраций. Предусмотрена возможность работы программного комплекса с ГИС ArcView/Arclnfo и САПР AutoCAD.
Система «Нострадамус» [45], разработанная в ИБРАЭ РАН, предназначена для расчета развития обстановки в результате аварий на ядерно-опасных объектах в реальном режиме времени. Расчет динамики концентраций происходит на основе лагранжевой стохастической модели рассеяния примесей. Поля концентраций используются для расчета доз. Система реализована для работы на персональном компьютере в операционных средах MS-DOS и MS-Windows.
Прикладная геоинформационная система PRANA [46], предназначена для поддержки принятия решений по реабилитации радиоактивно загрязненных территорий. Система представляет собой совокупность отдельных специализированных геоинформационных систем, применяемых для исследований моделей расчета доз, рисков, оптимизации структуры контрмер.
Таким образом, в настоящее время программные комплексы разрабатываются на основе геоинформационных или экспертных систем, в структуре которых присутствуют моделирующие блоки. С помощью программных комплексов решаются задачи нормирования выбросов предприятий, определения среднегодовых концентраций и значений доз, расчета приземных концентраций примесей и дозовых нагрузок населения в результате аварийных выбросов в атмосферу, анализа рисков населения. Расчеты проводятся с использованием моделей различной сложности, масштабности и оперативности. Однако, программного комплекса, интегрирующего возможности геоинформационных, моделирующих и экспертных систем для оперативной подготовки решений при аварийном выбросе радиоактивных веществ в атмосферу, используемого службами гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций, аварийно-техническими центрами не существует. В связи с этим существует необходимость разработки геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.
Целью диссертационной работы является повышение оперативности и адекватности прогнозирования, оценки последствий и эффективности вырабатываемых решений при выбросах радиоактивных веществ в атмосферу с помощью проблемно-ориентированного программного обеспечения.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Определить требования к информационному обеспечению для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу и поддержки принятия решений по минимизации радиационного воздействия на население.
2. Разработать комплексную стохастически-детерминистическую модель распространения радиоактивных примесей в атмосфере и расчета индивидуальных доз облучения, формируемых нуклидами, находящимися в атмосфере и на подстилающей поверхности, при прямом пути воздействия.
3. Определить структуру и принципы взаимодействия функциональных частей геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса для оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.
4. Создать геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс для прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу, работающий на персональном компьютере под управлением операционной системы MS Windows.
Методы решения задач включают в себя анализ требований, предъявляемых к программным средствам, предназначенным для информационного обеспечения при выбросе радиоактивных веществ в атмосферу; анализ физических процессов, определяющих распространение примесей в атмосфере и формирование доз; построение комплексной математической модели в рамках стохастически-детерминистического подхода; разработку структуры и принципов функционирования программного обеспечения, создание программного комплекса на основе современных информационных технологий.
Научная новнзна работы заключается в следующем:
1. Разработаны принципы взаимодействия геоинформационной, моделирующей и экспертной систем, позволяющие создать проблемно-ориентированный программный комплекс для оперативного проведения прогнозных расчетов и подготовки мер по защите населения с учетом характеристик местности, параметров потенциально-опасных объектов и реципиентов радиационного воздействия.
2. На основе стохастически-детерминистического подхода создана комплексная модель распространения радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы и расчета доз облучения, позволяющая проводить прогнозные расчеты эволюции радиационной обстановки. Модель более полно, чем в рамках других полуэмпирических моделей, учитывает факторы, определяющие рассеяние примесей в атмосфере и загрязнение подстилающей поверхности, а также формирование индивидуальных доз.
3. Создан банк данных, позволяющий проводить прогнозные расчеты рассеяния примесей и индивидуальных доз при различных метеоусловиях и радио-нуклидных составах выбросов, с учетом особенностей местности на основе хранящихся в нем параметров комплексной стохастически-детерминистической модели, пространственных распределений характеристик подстилающей поверхности, параметров потенциально-опасных объектов и реципиентов радиационного воздействия.
4. Разработана методика прогнозирования и оценки последствий выбросов радиоактивных веществ в атмосферу, выработки рекомендаций о мерах защиты населения с помощью геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса, позволяющая повысить оперативность и эффективность подготовки решений.
Положения, выносимые на защиту.
1. Структура и принципы функционирования геоинформационного экспертно-моделирующего комплекса, на основе которых могут быть созданы программные средства, позволяющие проводить оперативное прогнозирование развития радиационной обстановки при авариях, связанных с попаданием радиоактивных веществ в атмосферу, оценку последствий аварий и подготовку решений по их минимизации.
2. Комплексная стохастически-детерминистическая модель распространения радиоактивных примесей в пограничном слое атмосферы и расчета доз внешнего и внутреннего облучения человека. Численная реализация модели, позволяющая оперативно прогнозировать радиационную обстановку при выбросе радиоактивных веществ в атмосферу.
3. Геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА», позволяющий эффективно решать задачи оперативной оценки последствий выброса радиоактивных веществ в атмосферу и подготовки решений о мерах защиты населения, за счет интеграции возможностей геоинформационных, моделирующих и экспертных систем.
Практическая значимость работы. Созданный геоинформационный экс-пертно-моделирующий комплекс «АРИА» может использоваться сотрудниками аварийно-технических служб, комитетов охраны окружающей среды, подразделений гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций для:
• прогнозирования пространственно-временных распределений радиоактивных веществ в пограничном слое атмосферы с учетом параметров источника выброса, состояния атмосферы, свойств подстилающей поверхности;
• расчетов эквивалентных доз с учетом свойств радионуклидов, цепочек радиоактивного распада, внешних и внутренних путей воздействия на человека, суммарной активности и радионуклидного состава выброса;
• анализа уровней радиоактивного загрязнения поверхности и доз облучения населения, зонирования загрязненных территорий;
• подготовки рекомендаций о мерах, направленных на минимизацию последствий радиоактивных выбросов и улучшение экологической обстановки в районах расположения предприятий ядерно-топливного цикла;
• создания баз данных последствий аварийных ситуаций, сопровождающихся выбросами радиоактивных веществ в атмосферу с учетом различных метеоусловий и параметров выбросов;
• формирования практических навыков принятия решений и повышения квалификации специалистов в области защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций.
Предложенная функциональная структура геоинформационного экспертномоделирующего комплекса может использоваться при разработке других программных средств, предназначенных для оценки последствий загрязнения грунтовых и подземных вод радиоактивными и токсичными веществами.
Реализация и внедрение результатов работы.
Результаты работы нашли применение при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ в Северском государственном технологическом институте. Исследования поддерживались программами Минобразования, Миннауки, Минатома.
Созданный геоинформационный экспертно-моделирующий комплекс «АРИА» введен в эксплуатацию в Управлении администрации г Северск по делам защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций, Аварийно-техническом центре г. Северска, Комитете охраны окружающей среды и природных ресурсов г. Северска.
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием общепризнанных теоретических представлений и законов, достаточной обоснованностью сделанных допущений, применением апробированных и надежных вычислительных алгоритмов, верификацией проблемно-ориентированного программного обеспечения и подтверждается сопоставлением с данными наблюдений, аналитическими расчетами и результатами, полученными другими авторами.
Личный вклад автора состоял в анализе процессов, определяющих распространение примесей в атмосфере и формирование индивидуальных доз облучения; создании стохастически-детерминистической модели; разработке ее численной реализации; анализе и обсуждении представленных в диссертации результатов. В ряде работ идеи были предложены М.Д. Носковым. При разработке программного комплекса «АРИА» использовались базовые классы геоинформационной системы, разработанные коллективом Лаборатории математического моделирования технологий ядерной промышленности СГТИ.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на VIII научнотехнической конференции Ядерного общества России «Использование ядерной энергетики: состояние, последствия, перспективы» (Екатеринбург - Заречный, 1997), международной конференции «Всесибирские чтения по математике и механике» (Томск, 1997), международной конференции «Сопряженные задачи механики и экологии» (Томск, 1998, 2000, 2002), международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (1998), II Русско-корейском симпозиуме по науке и технологии (Томск, 1998), III сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (Новосибирск, 1998), IV всероссийском научно-техническом семинаре «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (Томск, 1998), Научно-практических конференциях СХК (Северск, 1999, 2003), отраслевой научно - технической конференции «Технология и автоматизация атомной энергетики» (Северск, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005), межотраслевой научно-практической конференции «Современные проблемы атомной науки и техники» (Снежинск, 2000, 2003), Всеросийской научной школе «Математические методы в экологии» (Петрозаводск, 2001), международной конференции «Математические модели и методы их исследования» (Красноярск, 2001), III международной конференции «Проблема управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 2001), международной конференции «Enviromis-2002» (Томск, 2002), III Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2002), XII международной конференции-выставки «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2002), II Научно-технической конференции «Научно-инновационное сотрудничество» (Москва, 2003), II международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики» (Томск, 2003), XIV конференции Ядерного общества России «Научное обеспечение безопасного использования ядерных энергетических технологий» (Удомля, 2003), международной конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности» (Томск, 2004), международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2004), IV сессии школы семинара
Промышленная безопасность и экология» (Саров, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликованы: 3 статьи в реферируемых журналах, 16 статей в сборниках трудов, 18 тезисов докладов, 8 научных отчетов.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, два приложения, список используемой литературы из 147 наименований. Работа изложена на 159 страницах, содержит 39 рисунков и 12 таблиц.

Скачивание файла!Для скачивания файла вам нужно ввести
E-Mail: 1662
Пароль: 1662
Скачать файл.
Просмотров: 164 | Добавил: Диана33 | Рейтинг: 0.0/0
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Июль 2014  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031
Архив записей
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Copyright MyCorp © 2020 Создать бесплатный сайт с uCoz