Основи моделювання стану довкілля. Моделювання впливу атмосферних забруднень на сільськогосподарське виробництво
Реферат на тему:
Основи моделювання стану довкілля. Моделювання впливу атмосферних забруднень на сільськогосподарське виробництво
ПЛАН
1. Методика визначення фізичних втрат рослинницької продукції (натуральної шкоди) у зв’язку з атмосферним забрудненням
2. Статистичне вивчення впливу промислових забруднень на зниження урожайності сільськогосподарських культур
3. Література
1. Методика визначення фізичних втрат рослинницької продукції (натуральної шкоди) у зв’язку з атмосферним забрудненням.
Металургійні, хімічні, коксохімічні і вугільні підприємства, теплові станції, цементні, алюмінієві та інші заводи забруднюють атмосферу, що негативно впливає на рослинний покрив, а культурні рослини значно знижують урожайність. Проходить це внаслідок загазованості атмосфери промислових зон сполуками сірки, фтору, оксидами азоту та вуглецю, парами фенолів, запиленістю повітря сажею і частинками вугілля, золи, металів, цементу.
Шкідливий вплив промислових забруднень залежить від характеру і потужності забруднюючих підприємств і спостерігається на значній відстані – від декількох сотень метрів до 3-5 км і навіть до 10-25 км.
Дослідження багатьох вчених підтверджують негативний вплив промислових викидів на природну і культурну рослинність.
Отже, у результаті забруднення довкілля рослинність зазнає певної шкоди. Розглянемо на прикладі одного із промислових районів недобір урожаю внаслідок впливу шкідливих викидів в атмосферу (дані умовні).
Позаяк розділити вплив забруднення атмосфери і водних джерел на втрати врожаю овочів неможливо, тому надалі в розрахунках умовно все це приписується дії забруднення атмосфери.
Розрахунок натуральної шкоди від недобору врожаю сільськогосподарських культур під впливом шкідливих промислових викидів здійснюється у наступній послідовності: 1) Встановлюється зона забруднення – територія, в атмосфері якої містяться найбільш шкідливі для рослин газоподібні промислові викиди. У середині забрудненої зони виявляються райони з різним ступенем забруднення атмосфери: район “А” з максимальним ступенем забруднення, віддалений на відстань від 0 до 5 км від джерел викиду; район “Б” з середнім ступенем забруднення, віддалений від джерел викиду на 6-8 км; район “В” з мінімальним ступенем забруднення, віддалений від джерел викиду на 8-12 км. 2) Показники забруднення атмосфери розраховуються як середньоарифметичні величини на основі середньодобових концентрацій за період вегетації сільськогосподарських культур (травень-вересень) за даними санітарної служби, пости контролю якої знаходяться поблизу полів, що зайняті під визначеними культурами.
Для порівняння втрат урожаю від шкідливих викидів підбирається умовно чиста контрольна зона, де газоподібні промислові викиди в атмосфері відсутні.
Для кожного типового агрогосподарства забрудненого району підбирається аналогічне в контрольній зоні. Підбір яких проводиться за наступними ознаками, загальними для типових агрогосподарств забруднених районів: Соціальний тип агрогосподарств: 1. Райони забрудненої зони вибирались за напрямом пануючих у даній місцевості вітрів; 2. Якість грунтів ( у розрізі грунтового району); 3. Середньорічна кількість опадів; 4. Розміщення основних масивів земель на однакових елементах рельєфу (вододіли, схили, долини, заплави); 5. Спеціалізація та інтенсивність виробництва; 6. Забезпеченість трудовими й енергетичними ресурсами; 7. Структура посівних площ і сівозміна культур.
Враховуючи рівнозначність умов виробництва сільськогосподарських культур у агрогосподарствах забрудненої і контрольної зон, допускається, що різниця урожайності за будь-який рік у них обумовлена промисловими викидами і розраховується за формулою: ,
де Дyk – різниця в урожайності з кожного гектару k-ої культури, лук, пасовищ у типових агрогосподарствах забруднених районів і їх аналогів – агрогосподарствах контрольної зони, ц/га;
– урожайність k-ої культури, лук, пасовищ в агрогосподарствах – аналогах контрольної зони, ц/га;
yk – урожайність k-ої культури, лук, пасовищ у типових агрогосподарствах забруднених районів, ц/га.
Величина недобру врожаю з 1 га кожної із культур у типових агрогосподарствах є базою для розрахунку недобору врожаю у забруднених районах “А”, “Б”, “В” (із врахуванням площ посіву).
Отже, за розрахунками є недобір урожаю у всіх без виключення групах культур, а також, що він знижується в міру віддалення агрогосподарств від джерел забруднення і зменшення концентрації шкідливих викидів в атмосферу.
Для додаткової інформації проводять анкетування.
Анкета.
Негативний вплив шкідливих промислових викидів на земельні угіддя й культурну рослинність у сільському господарстві промислових зон.
1. Назва агрогосподарств, район.
2. Промислові підприємства (заводи, фабрики і т.д.), що забруднюють земельні угіддя агрогосподарств (перелічити).
3. Джерела забруднення.
4. Види забруднень: дим, пилюка та інші викиди підприємств.
5. Віддаль сільськогосподарських угідь від джерел забруднень.
6. Площа угідь, що піддається забрудненню.
7. Негативний вплив забруднень на урожай сільськогосподарських культур за період 1990-1995 рр.
8. Негативний вплив забруднень на якість грунтів.
2. Статистичне вивчення впливу промислових забруднень на зниження урожайності сільськогосподарських культур
На основі порівняння урожайності в типових агрогосподарствах контрольних і забруднених районів виявлено недобір урожаю по k-м культурам, залежить від дії забруднювачів. У багатофакторній моделі залежності недобору врожаю від дії промислових викидів розраховується для умов кожного виділеного району забрудненої зони за такими показниками:
Дy – недобір урожаю (ц/га) під впливом промислових викидів за окремими сільськогосподарськими культурами; концентрації шкідливих домішок в атмосфері (мг/м3 при середніх за сезон вегетації добових концентрацій);
z1 – сірчаного ангідриду (SO2);
z2 – оксидів азоту (NOx);
z3 – фенолу (C6H5OH);
z4 – аміаку (NH3);
z5 – промислового пилу.
Далі будується рівняння регресії Дy=f(z1,… z5) при обсязі інформації за певний період.
Наведемо розрахунок вказаних залежностей за деякими культурами для району “А”. Всі вказані залежності добре апроксимуються лінійним рівнянням виду ,
де а0 і аq –коефіцієнти регресії.
Рівняння регресії для озимої пшениці має вигляд:
Дy=-8,0452+2,0763z1+2,8812 z2+4,6968 z3+0,72828 z4+2,086 z5,
а матриця коефіцієнтів парної кореляції між z1,… z5 –
z1 z2 z3 z4 z5
z1 1 0,95 0,96 0,98 0,99
z2 0,95 1 0,96 0,90 0,97
z3 0,96 0,96 1 0,95 0,96
z4 0,98 0,90 0,95 1 0,97
z5 0,99 0,97 0,96 0,97 1
Про тісну залежність свідчить те, що інградієнти забруднення впливають на урожайність озимої пшениці не ізольовано. Звідси і поява негативного коефіцієнта в рівнянні регресії (-4,6968), позаяк дія z3 на Дy корелює з дією інших забруднювачів, хоч коефіцієнт парної кореляції позитивний, про це свідчить дія окремо взятого чинника z3 на Дy.
Сильна залежність між z1,…,z5 – один із аргументів для виключення із вихідного рівняння регресії деяких чинників, у першу чергу – негативних. Інший аргумент для виключення чинника із вихідного рівняння – перевірка статистичного значення коефіцієнтів регресії за t-критерієм. Розрахункові значення t-критерію для коефіцієнтів регресії рівняння (2) наступні: ta0=-234,76; ta1 = 3,49; ta2 =0,59; ta3 = -0,74; ta4 =0,59; ta5 = 3,21. Теоретичне значення tтабл. для даної вибірки при 5-му рівні ймовірності помилки рівно 2,093. Статистично важливим на основі порівняння |tрозр.|>= |tтабл.| стали а1 (SO2) і а5(пил). Незначимість а2, а3, а4 можна пояснити як відносно малою вибіркою даних, так і тісним зв’язком між факторами.
Коефіцієнт множинної кореляції R рівний 0,998, а розрахункове значення F- критерію рівно 828,7, що значно більшим від відповідного значення таблиці.
Відсіваємо незначні чинники і залишається рівняння регресії для озимої пшениці наступного виду:
Дy = - 7,0653+2,3047z1+2,1833z5
при R=0,988; ta0=-218,51; ta1=5,87; ta5=5,66.
Таким чином, для озимої пшениці в умовах району “А” промислово-забрудненої зони із всіх аналізованих інгредієнтів забруднення найбільш токсичними є сірчистий ангідрид і промисловий пил.
Аналогічні розрахунки проведені для вівса, картоплі й столового буряка.
Отже, статистичний аналіз залежностей недобору урожаю по чотирьох культурах від дії забруднення показав, що недобір урожаю картоплі залежить від дії одного чинника (промислового пилу); озимої пшениці й столового буряка – від двох чинників (сірчаного ангідриду й пилу); вівса – від трьох чинників (сірчаного ангідриду, аміаку й пилу).
Література:
1. Охрана окружающей среды (модели управления чистотой природной среды) // Под ред. К.Г.Гофмана и А.А.Гусева.– М.: Экономика, 1977.– С.112–123.
Основи моделювання стану довкілля. Моделювання впливу атмосферних забруднень на сільськогосподарське виробництво
ПЛАН
1. Методика визначення фізичних втрат рослинницької продукції (натуральної шкоди) у зв’язку з атмосферним забрудненням
2. Статистичне вивчення впливу промислових забруднень на зниження урожайності сільськогосподарських культур
3. Література
1. Методика визначення фізичних втрат рослинницької продукції (натуральної шкоди) у зв’язку з атмосферним забрудненням.
Металургійні, хімічні, коксохімічні і вугільні підприємства, теплові станції, цементні, алюмінієві та інші заводи забруднюють атмосферу, що негативно впливає на рослинний покрив, а культурні рослини значно знижують урожайність. Проходить це внаслідок загазованості атмосфери промислових зон сполуками сірки, фтору, оксидами азоту та вуглецю, парами фенолів, запиленістю повітря сажею і частинками вугілля, золи, металів, цементу.
Шкідливий вплив промислових забруднень залежить від характеру і потужності забруднюючих підприємств і спостерігається на значній відстані – від декількох сотень метрів до 3-5 км і навіть до 10-25 км.
Дослідження багатьох вчених підтверджують негативний вплив промислових викидів на природну і культурну рослинність.
Отже, у результаті забруднення довкілля рослинність зазнає певної шкоди. Розглянемо на прикладі одного із промислових районів недобір урожаю внаслідок впливу шкідливих викидів в атмосферу (дані умовні).
Позаяк розділити вплив забруднення атмосфери і водних джерел на втрати врожаю овочів неможливо, тому надалі в розрахунках умовно все це приписується дії забруднення атмосфери.
Розрахунок натуральної шкоди від недобору врожаю сільськогосподарських культур під впливом шкідливих промислових викидів здійснюється у наступній послідовності: 1) Встановлюється зона забруднення – територія, в атмосфері якої містяться найбільш шкідливі для рослин газоподібні промислові викиди. У середині забрудненої зони виявляються райони з різним ступенем забруднення атмосфери: район “А” з максимальним ступенем забруднення, віддалений на відстань від 0 до 5 км від джерел викиду; район “Б” з середнім ступенем забруднення, віддалений від джерел викиду на 6-8 км; район “В” з мінімальним ступенем забруднення, віддалений від джерел викиду на 8-12 км. 2) Показники забруднення атмосфери розраховуються як середньоарифметичні величини на основі середньодобових концентрацій за період вегетації сільськогосподарських культур (травень-вересень) за даними санітарної служби, пости контролю якої знаходяться поблизу полів, що зайняті під визначеними культурами.
Для порівняння втрат урожаю від шкідливих викидів підбирається умовно чиста контрольна зона, де газоподібні промислові викиди в атмосфері відсутні.
Для кожного типового агрогосподарства забрудненого району підбирається аналогічне в контрольній зоні. Підбір яких проводиться за наступними ознаками, загальними для типових агрогосподарств забруднених районів: Соціальний тип агрогосподарств: 1. Райони забрудненої зони вибирались за напрямом пануючих у даній місцевості вітрів; 2. Якість грунтів ( у розрізі грунтового району); 3. Середньорічна кількість опадів; 4. Розміщення основних масивів земель на однакових елементах рельєфу (вододіли, схили, долини, заплави); 5. Спеціалізація та інтенсивність виробництва; 6. Забезпеченість трудовими й енергетичними ресурсами; 7. Структура посівних площ і сівозміна культур.
Враховуючи рівнозначність умов виробництва сільськогосподарських культур у агрогосподарствах забрудненої і контрольної зон, допускається, що різниця урожайності за будь-який рік у них обумовлена промисловими викидами і розраховується за формулою: ,
де Дyk – різниця в урожайності з кожного гектару k-ої культури, лук, пасовищ у типових агрогосподарствах забруднених районів і їх аналогів – агрогосподарствах контрольної зони, ц/га;
– урожайність k-ої культури, лук, пасовищ в агрогосподарствах – аналогах контрольної зони, ц/га;
yk – урожайність k-ої культури, лук, пасовищ у типових агрогосподарствах забруднених районів, ц/га.
Величина недобру врожаю з 1 га кожної із культур у типових агрогосподарствах є базою для розрахунку недобору врожаю у забруднених районах “А”, “Б”, “В” (із врахуванням площ посіву).
Отже, за розрахунками є недобір урожаю у всіх без виключення групах культур, а також, що він знижується в міру віддалення агрогосподарств від джерел забруднення і зменшення концентрації шкідливих викидів в атмосферу.
Для додаткової інформації проводять анкетування.
Анкета.
Негативний вплив шкідливих промислових викидів на земельні угіддя й культурну рослинність у сільському господарстві промислових зон.
1. Назва агрогосподарств, район.
2. Промислові підприємства (заводи, фабрики і т.д.), що забруднюють земельні угіддя агрогосподарств (перелічити).
3. Джерела забруднення.
4. Види забруднень: дим, пилюка та інші викиди підприємств.
5. Віддаль сільськогосподарських угідь від джерел забруднень.
6. Площа угідь, що піддається забрудненню.
7. Негативний вплив забруднень на урожай сільськогосподарських культур за період 1990-1995 рр.
8. Негативний вплив забруднень на якість грунтів.
2. Статистичне вивчення впливу промислових забруднень на зниження урожайності сільськогосподарських культур
На основі порівняння урожайності в типових агрогосподарствах контрольних і забруднених районів виявлено недобір урожаю по k-м культурам, залежить від дії забруднювачів. У багатофакторній моделі залежності недобору врожаю від дії промислових викидів розраховується для умов кожного виділеного району забрудненої зони за такими показниками:
Дy – недобір урожаю (ц/га) під впливом промислових викидів за окремими сільськогосподарськими культурами; концентрації шкідливих домішок в атмосфері (мг/м3 при середніх за сезон вегетації добових концентрацій);
z1 – сірчаного ангідриду (SO2);
z2 – оксидів азоту (NOx);
z3 – фенолу (C6H5OH);
z4 – аміаку (NH3);
z5 – промислового пилу.
Далі будується рівняння регресії Дy=f(z1,… z5) при обсязі інформації за певний період.
Наведемо розрахунок вказаних залежностей за деякими культурами для району “А”. Всі вказані залежності добре апроксимуються лінійним рівнянням виду ,
де а0 і аq –коефіцієнти регресії.
Рівняння регресії для озимої пшениці має вигляд:
Дy=-8,0452+2,0763z1+2,8812 z2+4,6968 z3+0,72828 z4+2,086 z5,
а матриця коефіцієнтів парної кореляції між z1,… z5 –
z1 z2 z3 z4 z5
z1 1 0,95 0,96 0,98 0,99
z2 0,95 1 0,96 0,90 0,97
z3 0,96 0,96 1 0,95 0,96
z4 0,98 0,90 0,95 1 0,97
z5 0,99 0,97 0,96 0,97 1
Про тісну залежність свідчить те, що інградієнти забруднення впливають на урожайність озимої пшениці не ізольовано. Звідси і поява негативного коефіцієнта в рівнянні регресії (-4,6968), позаяк дія z3 на Дy корелює з дією інших забруднювачів, хоч коефіцієнт парної кореляції позитивний, про це свідчить дія окремо взятого чинника z3 на Дy.
Сильна залежність між z1,…,z5 – один із аргументів для виключення із вихідного рівняння регресії деяких чинників, у першу чергу – негативних. Інший аргумент для виключення чинника із вихідного рівняння – перевірка статистичного значення коефіцієнтів регресії за t-критерієм. Розрахункові значення t-критерію для коефіцієнтів регресії рівняння (2) наступні: ta0=-234,76; ta1 = 3,49; ta2 =0,59; ta3 = -0,74; ta4 =0,59; ta5 = 3,21. Теоретичне значення tтабл. для даної вибірки при 5-му рівні ймовірності помилки рівно 2,093. Статистично важливим на основі порівняння |tрозр.|>= |tтабл.| стали а1 (SO2) і а5(пил). Незначимість а2, а3, а4 можна пояснити як відносно малою вибіркою даних, так і тісним зв’язком між факторами.
Коефіцієнт множинної кореляції R рівний 0,998, а розрахункове значення F- критерію рівно 828,7, що значно більшим від відповідного значення таблиці.
Відсіваємо незначні чинники і залишається рівняння регресії для озимої пшениці наступного виду:
Дy = - 7,0653+2,3047z1+2,1833z5
при R=0,988; ta0=-218,51; ta1=5,87; ta5=5,66.
Таким чином, для озимої пшениці в умовах району “А” промислово-забрудненої зони із всіх аналізованих інгредієнтів забруднення найбільш токсичними є сірчистий ангідрид і промисловий пил.
Аналогічні розрахунки проведені для вівса, картоплі й столового буряка.
Отже, статистичний аналіз залежностей недобору урожаю по чотирьох культурах від дії забруднення показав, що недобір урожаю картоплі залежить від дії одного чинника (промислового пилу); озимої пшениці й столового буряка – від двох чинників (сірчаного ангідриду й пилу); вівса – від трьох чинників (сірчаного ангідриду, аміаку й пилу).
Література:
1. Охрана окружающей среды (модели управления чистотой природной среды) // Под ред. К.Г.Гофмана и А.А.Гусева.– М.: Экономика, 1977.– С.112–123.
